Neuroforum 4/08 - Neurowissenschaftliche Gesellschaft

Transcription

November 2008
XIV. Jahrgang
D 13882 F
ISSN 0947-0875
4.08
Endocannabinoides System des Gehirns – von der Neurobiologie zur klinischen Relevanz
Motorische Kontrolle der akustischen Orientierung von Grillen
Die Rolle der Histon-Acetylierung für Lernen und Gedächtnis
t Call for Symposia
7FENS
th
)2580 2)
(8523($1
1(8526&,(1&(
July 3–7, 2010
Amsterdam | The Netherlands
Organized by the Federation of European Neuroscience Societies | FENS
www.fens.org
Hosted by the Dutch Neurofederation
www.neurofederatie.nl
A must in Europe for
neuroscientists all over the world
Submission for proposals:
February 2 – 28, 2009
The Forum Programme Committee will establish
the scientific programme of the FENS Forum 2010
on the basis of the proposals from European
scientists from all areas of neuroscience research
For instructions and application for symposium and
technical workshops proposals, please connect to
http://forum.fens.org/2010
For local meeting affairs contact local organizers
by e-mail
[email protected]
254
4/08
Inhalt
Inhalt
215
Hauptartikel
Nico Wegener, Miriam Schneider und Michael Koch
Das endocannabinoide System des Gehirns – von der Neurobiologie zur
klinischen Relevanz
Zum Titelbild: Zytosolische Kalziumkonzentration im slow Extensor-Motoneuron
(SETi) während rythmischer motorischer
Aktivität (s. Beitrag Hedwig et al., S. 267)
n
.......
Neurowissenschaftliche
Gesellschaft
Vorstand der
Amtsperiode 2007/2009
Präsident:
Prof. Dr. Mathias Bähr, Göttingen
Vizepräsident:
Prof. Dr. Sigrun Korsching, Köln
Schatzmeister:
Prof. Dr. Andreas Draguhn, Heidelberg
256
Tom Baden, Maja Zorovic und Berthold Hedwig
267
Steffen Benjamin Eggert Wolff und Kerry L. Tucker
274
Artikel des Quartals
Kay Jüngling, Thomas Seidenbecher, Ludmila Sosulina, Jörg Lesting, Susan Sangha, Stewart D. Clark, Naoe Okamura, Dee M. Duangdao,
Yan-Ling Xu, Rainer K. Reinscheid und Hans-Christian Pape
Neuropeptide S-mediated control of fear expression and extinction: role of
intercalated GABAergic neurons in the amygdala
279
Interdisziplinäres kolleg
IK2009 – Rhythm and Timing 6 – 13. März, 2009 Günne/Möhnesee
282
Interview
Neurobiologie – die Sachwalterin einer „zivilen Evolution“? 283
Nachruf
Prof. Dr. Dr. h.c. Gerhard Neuweiler (1935 - 2008) 286
Generalsekretär:
Prof. Dr. Ulrich Dirnagl, Berlin
Sektionssprecher
Computational Neuroscience:
Prof. Dr. Ad Aertsen, Freiburg
Entwicklungsneurobiologie/Neurogenetik:
Prof. Dr. Michael Frotscher, Freiburg
Klinische Neurowissenschaften:
Prof. Dr. Hans-Peter Hartung, Düsseldorf
Kognitive Neurowissenschaften:
Prof. Dr. Niels Birbaumer, Tübingen
Molekulare Neurobiologie:
Prof. Dr. Eckart Gundelfinger, Magdeburg
Neuropharmakologie und -toxikologie:
Prof. Dr. Rainer Schwarting, Marburg
Systemneurobiologie:
Prof. Dr. Ulf Eysel, Bochum
Verhaltensneurowissenschaften
Prof. Dr. Uwe Homberg, Marburg
Zelluläre Neurobiologie:
Prof. Dr. Hanns Hatt, Bochum
4/08
Nachrichten aus der Neurowissenschaftlichen Gesellschaft
Einladung zur Mitgliederversammlung auf der 8. Göttinger Tagung der Neurowissenschaftlichen Gesellschaft (26. – 29. März 2009)
Kursprogramm 2009 Neurowissenschaften in der gymnasialen Oberstufe 2009 273
287
288
Nachrichten aus der DFG
Schwerpunktprogramm 1226: „Nicotine: Molecular and Physiological 289
Effects in the Central Nervous System (CNS)“ – Aufruf für die zweite Antragsperiode
DAAD übernimmt Förderung von Kongress- und Vortragsreisen ins Ausland
289
Bücher
Entmoralisierung des Rechts – Maßstäbe der Hirnforschung für das Strafrecht
289
Ausblick
290
Impressum
290
255
Das endocannabinoide System des
Gehirns – von der Neurobiologie zur
klinischen Relevanz
Nico Wegener, Miriam Schneider und Michael Koch
Zusammenfassung
Die Produkte der Hanfpflanze Cannabis sativa -Marihuana und Haschisch- gehören
weltweit zu den am häufigsten konsumierten illegalen Rauschdrogen. Der wichtigste
psychoaktive Wirkstoff der Hanfpflanze ist das Cannabinoid Tetrahydrocannabinol
(THC) mit seinem aktivsten Isomer Δ9-THC, welches, wie verschiedene synthetische cannabimimetische Substanzen, seine zentralnervösen Wirkungen über den Cannabinoid
CB1-Rezeptor entfaltet. Die Aufklärung der molekularen Struktur des CB1-Rezeptors im
ZNS und des CB2-Rezeptors auf Zellen des Immunsystems vor ca. 20 Jahren sowie die
Entdeckung von Anandamid, einem endogenen Liganden dieser Rezeptoren, markiert
den Beginn der modernen Cannabisforschung.
Diese Forschung hat faszinierende Erkenntnisse über die Verteilung von CB1-Rezeptoren
im Gehirn und über die Rolle von Anandamid und anderer Endocannabinoide als
Neuromodulatoren erbracht. Das endocannabinoide System spielt eine wichtige Rolle
bei einer Vielzahl kognitiver, sensorischer und motorischer Funktionen. Dementsprechend richtet sich die Forschung verstärkt auf das therapeutische Potenzial von Wirkstoffen, die dieses System beeinflussen. Man nimmt an, dass Endocannabinoide auch
eine Rolle bei der prä- und postnatalen Entwicklung des Gehirns spielen und dass der
Cannabiskonsum während der Pubertät an der Entstehung von neuropsychiatrischen
Störungen beteiligt ist.
Abstract
The endocannabinoid system of the brain – from neurobiology to clinical relevance
The products of the hemp plant Cannabis sativa, marijuana and hashish, belong to the
most widely used drugs after alcohol and tobacco. The main psychoactive ingredient
of cannabis, Δ9‑tetrahydrocannabinol (Δ9-THC), and other synthetic cannabinoid
receptor agonists produce their neuronal effects via interaction with the cannabinoid
CB1-receptor. The molecular characterization of the neuronal CB1- and the CB2-receptor,
which is mainly expressed in the immune system, as well as the identification of the
endogeneous ligand anandamide around 20 years ago, was the beginning of modern
cannabinoid research.
Recent research yielded fascinating insight into the CB1-receptor distribution in the
brain and the role of anandamide or other endocannabinoids as neuromodulators. The
endocannabinoid system plays a major role in several cognitive, sensory, and motor
functions. Accordingly, the therapeutic potential of compounds affecting this system is
now in the focus of psychopharmacological research. Endocannabinoids might also play
a role in the pre- and postpubertal development of the brain. Hence, pubertal cannabis
use may be involved in the etiopathogenesis of neuropsychiatric disorders.
Key words: Cannabis; THC; WIN 55,212-2; endocannabinoid; CB1-receptor; puberty;
schizophrenia
Einleitung
Die Hanfpflanze Cannabis sativa wurde seit
dem Altertum hauptsächlich zur Herstellung
von Seilen und Geweben kultiviert und ist
somit die älteste Nutzpflanze, die nicht der
Ernährung des Menschen dient. Obwohl eine
medizinische Wirkung von Cannabis schon
256
seit mehr als 4000 Jahren aus der chinesischen
Medizin bekannt ist, wurde das wissenschaftliche Interesse erst durch napoleonische
Truppen zu Beginn des 19. Jahrhunderts
geweckt, welche bei ihrer Rückkehr aus
Ägypten über die bewusstseinsverändernde
und narkotisierende Wirkung der Hanfpflanze
berichteten (Piomelli 2003). Erstaunlicher-
weise dauerte es mehr als ein Jahrhundert
bis schließlich der wichtigste psychoaktive
Wirkstoff von Cannabis sativa, das Terpenderivat Δ9-Tetrahydrocannabinol (Δ9-THC),
durch Gaoni und Mechoulam (1964) isoliert
werden konnte.
Das Verständnis der physiologischen
Wirkmechanismen von Δ9-THC gestaltete
sich im Folgenden aufgrund der besonderen
chemischen Struktur und aufgrund des lipophilen Charakters der Substanz als schwierig, sodass erst durch die Entwicklung von
potenten und hochselektiven THC-Analoga
die Identifizierung von cannabinoidsensitiven
Bindungsstellen im Gehirn von Ratten ermöglicht wurde (Devane et al. 1988). Dies war der
Beginn der modernen Cannabisforschung, da
es nun möglich war, cannabinoidvermittelte
Effekte und Mechanismen in Versuchstieren
gezielter zu untersuchen.
Heutzutage gehören die beiden Produkte
der Hanfpflanze - Marihuana und Haschischzu den am häufigsten konsumierten illegalen
Rauschdrogen weltweit (UNODC 2007),
sodass in den letzten Jahren neben dem therapeutischen Potenzial von Cannabinoiden,
z.B. bei der Behandlung von Schmerz- oder
Multiple Sklerose-Patienten, auch eine möglicherweise schädliche Wirkung insbesondere
auf die Hirnentwicklung in den Mittelpunkt
des wissenschaftlichen und gesellschaftspolitischen Interesses gerückt ist.
Das endocannabinoide System und
seine Rezeptoren
Bisher wurden zwei Cannabinoidrezeptoren,
der CB1-Rezeptor hauptsächlich im ZNS und
der CB2-Rezeptor mit einer ausgeprägten
Lokalisation auf Zellen des Immunsystems,
eindeutig identifiziert (Matsuda et al.
1990; Munro et al. 1993), wobei über die
Existenz von mindestens einem weiteren
Cannabinoidrezeptor (der sogenannte
GPR55-Rezeptor) noch spekuliert wird
(Ryberg et al. 2007; Lauckner et al. 2008).
THC und verschiedene synthetische cannabimimetische Substanzen wie CP 55,940
oder WIN 55,212-2 (Abbildung1) entfalten
ihre zentralnervösen Wirkungen über den
wahrscheinlich ausschließlich präsynaptisch lokalisierten CB1-Rezeptor. Dieser
Rezeptor, welcher zu den am häufigsten
vorkommenden G-Protein-gekoppelten
Rezeptoren des zentralen Nervensystems
zählt (Howlett et al. 2004) und auf den wir
diese Übersichtsarbeit fokussieren wollen,
beeinflusst verschiedene zentrale Elemente
neuronaler Signaltransduktionswege wie
die Adenylatzyklase, Ionenkanäle und die
MAP-Kinase (mitogen-activated protein
kinase) (Abbildung 2).
4/08
Nico Wegener et al.
Exkurs 1
Cannabis und neuropsychiatrische
Erkrankungen – besteht ein kausaler
Zusammenhang?
Der Einfluss des Cannabiskonsums als
möglicher Risikofaktor für die Entstehung
psychiatrischer Erkrankungen ist ein Punkt,
der sehr kontroverse Diskussionen ausgelöst hat. Insbesondere eine detailliertere
Aufteilung bisheriger Studien nach dem
jeweiligen Einstiegsalter in den Cannabiskonsum scheint bei dieser Thematik eine
bessere Klärung der Zusammenhänge zu
versprechen.
Akute Cannabisintoxikation kann zu
transienten psychotischen Episoden führen
(D‘Souza et al. 2000; Skosnik et al. 2001)
und bei bereits erkrankten Personen unter
Umständen kurzfristige Verschlechterungen
des Krankheitsverlaufs, Rückfallepisoden
sowie ein generell früheres Auftreten
psychotischer Symptome bewirken (Hall
und Degenhardt 2000; Jockers-Scherubl
4/08
et al. 2003; Veen et al. 2004). Aber auch
chronischer Cannabiskonsum wird als Risikofaktor diskutiert, der das Auftreten von
Psychosen erhöht (Caspi et al. 2005). Die
Frage, ob Cannabiskonsum dabei tatsächlich
als kausaler Faktor langfristig Schizophrenie
oder psychotische Zustände induzieren kann,
ist jedoch umstritten. Interessanterweise
scheint das Alter des Erstkonsums dabei
eine große Rolle zu spielen. Es gibt wahrscheinlich Entwicklungsphasen, in welchen
sich der Konsum von Cannabispräparaten
besonders stark und dauerhaft auf die Entstehung psychiatrischer Erkrankungen auswirkt. So wurde gezeigt, dass insbesondere
der pubertäre Cannabiskonsum das Risiko
erhöht, an Schizophrenie zu erkranken (zusammengefasst in Arseneault et al. 2004).
Richtungsweisend ist in diesem Zusammenhang auch eine Langzeitstudie von Caspi
et al. (2005), die zeigt, dass dieses Risiko
umso höher ist, wenn bereits eine bestimmte
genetische Vorbelastung besteht, (in diesem
Fall ein Polymorphismus des COMT-Gens)
und zusätzlich Cannabiskonsum während der
pubertären Entwicklung erfolgt. Ähnliche,
wenn auch etwas schwächere, Befunde
wie für die Schizophrenie zeigen sich
auch bei der Depression. Hier findet sich
in neueren Studien nur dann ein moderater
Zusammenhang zwischen Cannabiskonsum
und Depression, wenn ein starker Konsum
vorliegt (mindestens wöchentlicher Konsum
über längere Zeiträume), welcher bereits
im Zeitraum der pubertären Entwicklung
begonnen wurde (Patton et al. 2002; Rey et
al. 2002; Degenhardt et al. 2003).
Zusammengenommen zeigen diese
Studien, dass vor allem ein früh in der
Entwicklung begonnener Cannabiskonsum
einen erheblichen Einfluss sowohl auf die
Entstehung als auch auf den Verlauf von
psychiatrischen Erkrankungen ausüben
kann, insbesondere bei bestehenden Vorbelastungen für diese Erkrankungen. Die detaillierten Zusammenhänge, vor allem auch
Gen-Umwelt -Interaktionen insbesondere
bei genetischer Vorbelastung und die Frage
nach kausalen Zusammenhängen, bedürfen
jedoch noch weiterer Untersuchungen.
257
aaa Zu Abbildung 1: Der CB1-Rezeptor kann
durch verschiedene endogene und exogene
Liganden aktiviert werden. Δ9-THC, der
psychoaktive Wirkstoff von Cannabis und
Vertreter der klassischen Cannabinoide, ist
ein partieller Agonist am CB1-Rezeptor. Unter
dem Namen Dronabinol wird Δ9-THC bei
Indikationen wie chronischer Schmerz, Anorexie, Übelkeit oder auch zur Behandlung von
Multiple Sklerose - Patienten eingesetzt. Das
Derivat der Arachidonsäure und körpereigene
Cannabinoid Anandamid, welches u.a. als
Neuromodulator bzw. retrograder Bote fungiert, weist ähnliche Eigenschaften am CB1Rezeptor auf wie Δ9-THC. Die lokale Wirkung
von Anandamid wird durch das abbauende
Enzym FAAH (fatty acid amide hydrolase)
beendet. Das Cannabisprodukt Cannabidiol
ist ein nicht-psychoaktives Cannabinoid und
wirkt über einen noch unbekannten Mecha∆9-THC
H
Die CB1-Rezeptorverteilung im ZNS wurde in den vergangenen Jahren ausgiebig
untersucht und steht im Einklang mit den
bekannten akuten Effekten von Cannabinoiden auf das Verhalten von Mensch und Tier.
Im menschlichen Gehirn sowie im Hirn von
Nagern findet sich die höchste Dichte des
CB1-Rezeptors in den Basalganglien und im
Cerebellum - Regionen, die an der Initiation
und Koordination von Bewegungen beteiligt
sind. Des Weiteren konnte eine hohe CB1Rezeptordichte sowohl im cerebralen Kortex und Hippocampus (relevant für etliche
Formen von Lernen und Gedächtnisbildung)
als auch in der Amygdala (beteiligt an Angst
und Furcht) nachgewiesen werden. Das sehr
geringe Vorkommen von CB1-Rezeptoren im
Hirnstamm (Pons und Medulla) erklärt, warum Cannabis weniger starke Effekte auf die
Respiration und kardiovaskuläre Systeme hat
Cannabidiol
OH
Anandamid
O
OH
OH
N
H
H
O
OH
WIN 55,212-2
CP 55,940
SR 141716A
O
OH
O
OH
N
N
N
H
N
N
Cl
Cl
O
N
Cl
OH
O
Abb. 1: Endogene und exogene Liganden am CB1-Rezeptor
nismus blockierend auf den CB1- und CB2Rezeptor (Pertwee 2008). Beim Konsum von
Cannabis hat ein hoher Anteil von Cannabidiol beispielsweise eine sedierende Wirkung.
Verschiedene synthetische Cannabinoide wie
CP 55,940 oder WIN 55,212-2 besitzen zwar
eine stereochemische Ähnlichkeit zu Δ9THC, sind jedoch häufig durch eine vielfach
höhere Affinität bzw. Selektivität gegenüber
dem CB1- und auch CB2-Rezeptor charakterisiert, was sie insbesondere für den Einsatz
in der Cannabisforschung interessant macht
(Pertwee 2006). Eine weitere Substanz, die
viel zum Verständnis des endocannabinoiden
Systems beigetragen hat, ist der hochselektive
CB1-Rezeptorantagonist SR141716A. Unter
dem Namen Rimonabant kommt dieser Stoff
in der Humanmedizin z.B. bei der Behandlung
von Übergewicht und Alkohol- oder Nikotinabhängigkeit zum Einsatz. bbb
258
(Herkenham et al. 1991; Ameri 1999; Elphick
und Egertova 2001; Hall 2001).
Nach der Identifizierung der Cannabinoidrezeptoren gelang in den folgenden
Jahren die Entdeckung einer Familie von
endogenen Lipidtransmittern, Anandamid
(Arachidonoylethanolamid, AEA) -„Ananda“ stammt aus dem Sanskrit und bedeutet
soviel wie Glückseligkeit- (Abbildung 1)
und 2-Arachidonylglycerol (2-AG), welche
als natürliche Liganden am CB1-Rezeptor
fungieren (Devane et al. 1992, Mechoulam et
al. 1995, Piomelli et al. 2007). Neben diesen
am Besten untersuchten Endocannabinoiden
wurden inzwischen viele weitere endogene
Substanzen entdeckt, die an Cannabinoidrezeptoren binden.
Die Aufklärung der komplexen biochemischen Wege für Synthese, Freisetzung
und Transport der Endocannabinoide führte
letztendlich dazu, dass die Bezeichnung
„endocannabinoides System“ für dieses neue
Signalsystem eingeführt wurde. Endocannabinoide wie AEA und 2-AG werden beispielsweise von Projektionsneuronen wie den
Purkinjezellen des Cerebellums, den Pyramidenzellen des Hippocampus und cerebralen
Kortex sowie den dopaminergen Neuronen
des Mittelhirns nach Bedarf synthetisiert
und regulieren die präsynaptische Aktivität
in Form retrograder Boten (Abbildung 2)
(Elphick und Egertova 2001; Piomelli 2003;
Pertwee 2006). Des Weiteren übernehmen
Endocannabinoide neuroprotektive bzw.
antioxidative Aufgaben im Gehirn, wozu
Tiermodelle für Hirntraumata, Schlaganfall
und Epilepsie vielversprechende Ergebnisse
für eine mögliche klinische Anwendung von
Cannabinoiden liefern (Hampson et al. 1998;
Leker et al. 1999; van der Stelt et al. 2001).
Außerhalb des Gehirns ist das endocannabinoide System u.a. an der Modulation des autonomen Nervensystems, des Immunsystems
und der Mikrozirkulation beteiligt (Rodriguez
de Fonseca et al. 2005).
aaa Zu Abbildung 2: Der neuronale CB1Rezeptor (CB1R) ist ein metabotroper Rezeptor mit sieben Transmembrandomänen,
welcher bei Aktivierung durch endogene
(z.B. Anandamid, AEA) oder exogene Liganden (z.B. Δ9-THC, WIN 55,212-2) an
heterotrimere G-Proteine (Gi) bindet und
über die Freisetzung der Gα- und/oder GβγUntereinheiten die für diese Proteinklasse
typischen Signalkaskaden auslöst. Cannabinoide spielen eine entscheidende Rolle als
Neuromodulatoren der synaptischen Signalübertragung und vermindern die Transmitterfreisetzung über drei unabhängige Mechanismen (Piomelli 2003; Rodriguez de Fonseca
et al. 2005). Die Aktivierung von Kaliumkanälen, d.h. ein verstärkter Kaliumausstrom
aus der Zelle, führt zu einer Verkürzung des
präsynaptischen Aktionspotenzials und letztendlich zu einer verminderten Transmitterausschüttung. (1) Eine solche Stimulation von
Kaliumkanälen erfolgt zum einen über eine
direkte G-Protein-gekoppelte Aktivierung
einwärtsgleichrichtender K+-Kanäle (K+IR).
(2) Zum anderen bewirkt die inhibitorische
Kopplung des CB1-Rezeptors an die Adenylatzyklase (AC) und die daraus resultierende
Abnahme der zytosolischen cAMP-Konzentration eine verminderte - Proteinkinase A
(PKA)-vermittelte - Phosphorylierung von
Kaliumkanälen des A-Typs (K+A) und fördert
so den Kaliumausstrom. (3) Ein weiterer
Effekt der CB1-Rezeptoraktivierung ist die
G-Protein-vermittelte Inhibition von spannungsabhängigen Ca2+-Kanälen des N- und
P/Q-Typs. Da zytosolisches Ca2+ essenziell
für die Transmitterausschüttung ist, bewirkt
4/08
Abb. 2: Mechanismen der Signaltransduktion im endocannabinoiden System
diese cannabinoidinduzierte Kanalhemmung
eine verminderte Freisetzung der vesikulären
Neurotransmitter in den synaptischen Spalt
und somit eine reduzierte postsynaptische
Rezeptoraktivität (z.B. von Glutamat- oder
GABA-Rezeptoren).
Neben diesen hauptsächlich die neuronale
Leitfähigkeit modulierenden Effekten konnte
des Weiteren ein stimulierender Einfluss
des CB 1-Rezeptors auf die sogenannte
MAP-Kinase (mitogen-activated protein
kinase), welche u.a. für die morphologische
Differenzierung von Neuronen essenziell
ist, nachgewiesen werden (Ameri 1999). Im
Allgemeinen ist die CB1-Rezeptor-induzierte
Stimulation von Proteinkinasen, welche den
Aktivitätszustand bestimmter Zielproteine
durch Phosphorylierung ändern, an der
Regulation der neuronalen Genexpression
beteiligt. Dies bietet einen möglichen Erklärungsansatz für anhaltende bzw. irreversible
neuronale Veränderungen, welche besonders
bei chronischer CB1-Rezeptorstimulation
nachgewiesen wurden.
Das endogene Cannabinoid AEA wird nicht
wie andere Signalsubstanzen in den Nervenzellen gespeichert, sondern nach Bedarf von
der postsynaptischen Zelle aus dem Phos4/08
pholipidvorläufer und Membranbestandteil
N-Arachidonyl-Phosphatidylethanolamin
(NAPE) über mehrere enzymatische Zwischenschritte synthetisiert. Eine wichtige Rolle spielt hierbei die Phospholipase D (PLD).
Die Anandamidbildung wird durch zytosolisches Ca2+ gefördert, wobei vermutet wird,
dass an diesem Prozess auch die Aktivierung
von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren
beteiligt sein könnte (Piomelli 2003). Seine
Effekte entfaltet Anandamid schließlich als
retrograder Messenger an den präsynaptisch
lokalisierten CB1-Rezeptoren. Die Wirkung
von Anandamid wird durch zwei Schritte beendet. Nach der postsynaptischen Wiederaufnahme - hier postulieren verschiedene Studien
ein spezifisches Anandamid-Transportprotein
(AT) - erfolgt die enzymatische Spaltung
durch die membrangebundene FAAH (fatty
acid amide hydrolase) in Arachidonsäure
(AA) und Ethanolamid (E) (Piomelli 2003;
Rodriguez de Fonseca et al. 2005).
Eine Verlängerung bzw. Verstärkung der
Endocannabinoid-vermittelten Wirkung am
CB1-Rezeptor ist von großem wissenschaftlichem und klinischem Interesse. So wird
beispielsweise durch die Freisetzung von
Endocannabinoiden die Symptomatik bei
Seit über 30 Jahren zählen PanlabProdukte zu den richtungsweisenden Technologien in der Verhaltensforschung. Innovative Produktentwicklungen in enger Zusammenarbeit
mit dem Anwender, die Verwendung
hochwertiger Materialien und ein
vorbildlicher Applikationsservice sind
seit jeher die Grundlage für das
unternehmerische Selbstverständnis.
Last but not least:
Panlab-Produkte bieten immer ein
gutes Preis-Leistungsverhältnis.
Panlab Rota-Rod
Das Standard-Produkt für die
Verhaltensforschung:
• Für Ratten oder Mäuse
• Mikroprozessor gesteuert
• Konstante Geschwindigkeit oder
steigendes Tempo
• Sedacom Datenerfassungssoftware
enthalten
Panlab Physiocage
Ein komplexes, modulares System mit
vielfältigen anwendungsspezifischen
Erweiterungs- und Kombinationsmöglichkeiten:
• O2 /CO2 -Messung
• Food & Drink
• Activity
• Rearing
• METABOLISM 2.0 Software
Your challenges | One solution | HARVARD APPARATUS
ROTA-ROD +
PHYSIOCAGE
Hugo Sachs Elektronik – Harvard Apparatus GmbH
Grünstrasse1 | D-79232 March-Hugstetten | Germany
Tel (+49)(0) 76 65-92 00-0 | Fax 0 76 65-92 00-90
Email [email protected]
259
www.hugo-sachs.de
Multipler Sklerose oder Entzündungsschmerz
verbessert. Mittlerweile existieren verschiedene Substanzen, welche beispielsweise die
Eliminierung endogener Cannabinoide aus
dem synaptischen Spalt verlangsamen und/
oder die Aktivität der FAAH hemmen (Pertwee 2006). bbb
Mittlerweile konnten zwei Inaktivierungsmechanismen für Endocannabinoide identifiziert werden. Zum einen prä- und postsynaptische Wiederaufnahmemechanismen (die
genauen Mechanismen werden noch diskutiert) und zum anderen das abbauende Enzym
FAAH (fatty acid amide hydrolase), welches
u.a. zur Eliminierung der Endocannabinoide
aus dem synaptischen Spalt beiträgt (Cravatt
et al. 1996; Elphick und Egertova 2001).
In weiteren, hauptsächlich tierexperimentellen Studien zeigte sich bald, dass das
endocannabinoide System sich nicht wie
andere Transmittersysteme ausbildet, sondern Charakteristika aufweist, die für eine
wichtige Rolle bei der Gehirnentwicklung
(Proliferation, Migration, Synaptogenese,
axonales Auswachsen) sowie bei der Reifung
anderer Neurotransmittersysteme (z.B. die
sich zeitgleich entwickelnden dopaminergen,
GABAergen- und opioidergen Systeme)
sprechen (Rodriguez de Fonseca et al. 1993;
Andersen et al. 2000; Spear 2000). Dennoch
ist die Entwicklung und insbesondere die
postnatale Reifung des endocannabinoiden
Systems bisher nur in wenigen Studien untersucht worden. Von besonderer Bedeutung
sind offenbar die Reifungsprozesse während
der pubertären Entwicklung. Rodriguez de
Fonseca et al. (1993) konnten postnatal einen
progressiven, geschlechtsspezifischen Anstieg
der Bindung von radioaktiv markierten Liganden an CB1-Rezeptoren mit zunehmenden
Alter nachweisen. Dabei zeigten sich die
Maximalwerte in der CB1-Rezeptorbindung
bei männlichen und weiblichen Ratten jeweils
zu Beginn der Pubertät. Zusätzlich wurde im
Hypothalamus weiblicher Ratten das maximale Vorkommen von AEA zu Beginn der
Pubertät gefunden (Wenger et al. 2002). Eine
Messung an Tag 70 bei adulten Ratten ergab
dagegen eine reduzierte Radioligandenbindung. Die Befunde dieser und weiterer Studien belegen, dass, obwohl CB1-Rezeptoren
bereits zu einem frühen Zeitpunkt der fötalen
Gehirnentwicklung vorhanden sind, sie die
für den adulten Zustand charakteristische
Dichte und Lokalisation erst lange nach der
Geburt erreichen (Fernandez-Ruiz et al. 1999;
Fernandez-Ruiz et al. 2000).
Zusammengefasst deuten diese Befunde
darauf hin, dass im Vergleich zu anderen Entwicklungsabschnitten während des Zeitraums
der Pubertät ein deutlich aktiveres endocannabinoides System vorliegt und dieses System
260
die Reifung anderer Transmittersysteme
beeinflusst. Diese Zusammenhänge lassen
darauf schließen, dass in der Entwicklung
eines Organismus die Pubertät als Phase der
Ausreifung verschiedener Hirnareale und
Transmittersysteme eine vulnerable Phase
darstellt, in der eine höhere Empfindlichkeit
gegenüber den physiologischen Effekten von
Cannabis und anderen Drogen besteht (Spear
2000; Schneider 2008).
Knockout-Mäuse helfen, das
endocannabinoide System zu verstehen
Transgene Mäuse, bei denen mittels genetischer
Manipulation bestimmte Gene „ausgeschaltet“
werden, sogenannte Knockout-Mäuse, eignen
sich als Tiermodelle, um menschliche Erkrankungen zu untersuchen, die auf Fehlfunktionen definierter Genprodukte zurückgehen,
und um neuropharmakologische Ansätze zu
ergänzen. Auch in der Cannabisforschung haben sich Knockout-Mäuse als unentbehrliches
Werkzeug beispielsweise für das Verständnis
der CB-Rezeptorwirkung und der Rolle des
endocannabinoiden Systems erwiesen.
Trotz des Fehlens von CB1-Rezeptoren
bei homozygoten Knockouts, entwickeln
und verhalten sich CB1-Rezeptor-KnockoutMäuse scheinbar normal. Bisher ungeklärt
ist die Ursache der bei CB 1-RezeptorKnockout-Mäusen beobachteten erhöhten
Todesrate (Zimmer et al. 1999).Verschiedene Verhaltensstudien haben jedoch eine
Unempfindlichkeit dieser Tiere gegenüber
Cannabinoiden gezeigt und so die essenzielle
Rolle des CB1-Rezeptors bei den typischen
cannabinoidvermittelten Effekten auf motorische Aktivität, Angst, Extinktion konditionierter Furcht, Schmerz und verschiedene
kognitive Funktionen bewiesen (Ledent et
al. 1999; Zimmer et al. 1999; Valverde et al.
2005). Haller et al. (2002) zeigten, dass CB1Rezeptor Knockout-Mäuse nicht nur stressanfälliger, sondern auch durch ein verstärktes
Angstverhalten charakterisiert sind.
Da bestimmte Effekte von Cannabinoiden
unabhängig vom CB1- oder CB2-Rezeptor
aufzutreten scheinen, stellt sich der Cannabisforschung in den letzten Jahren die Frage nach
einem weiteren Cannabinoidrezeptortyp (Di
Marzo et al. 2000; Hajos et al. 2001; Pertwee
2007). Einen solchen Rezeptor scheint der
sogenannte GPR55-Rezeptor darzustellen, zu
dem bestimmte endogene und exogene Cannabinoide eine hohe Bindungsaffinität aufweisen
(Brown 2007; Ryberg et al. 2007; Lauckner
et al. 2008). Zur Klärung der genauen Aufgaben und eines eventuellen therapeutischen
Potenzials dieses neuen Cannabinoidrezeptors
sollen in Zukunft GPR55-Knockout-Mäuse
beitragen (Johns et al. 2007).
Des Weiteren haben sich Mäuse, bei denen das
Gen für das AEA-abbauende Enzym FAAH
„ausgeschaltet“ wurde, als sehr nützlich in
Bezug auf das Verständnis des endocannabinoiden System und seiner eventuellen
klinischen Nutzbarmachung erwiesen. So
wurde beispielsweise bei solchen FAAHKnockout-Mäusen sowohl ein dramatischer
Anstieg der AEA-Konzentration im Gehirn
als auch eine reduzierte Schmerzverarbeitung
nachgewiesen (Cravatt et al. 2001; Lichtman
et al. 2004; Wise et al. 2007). Diese Ergebnisse verdeutlichen einerseits, dass FAAH die
AEA-Signalwege und somit einen endogenen
Cannabinoidtonus entscheidend reguliert, und
andererseits, dass FAAH ein attraktives Ziel
für die pharmakologische Behandlung von
Schmerzpatienten darstellen könnte.
Human- und tierexperimentelle Studien haben gezeigt, dass der Konsum von Cannabis
mit gesundheitlichen Risiken verbunden
sein kann. Beispielsweise könnte Cannabis
das Risiko, an Schizophrenie zu erkranken,
insbesondere bei solchen Menschen erhöhen,
die eine genetische Vorbelastung gegenüber
dieser Krankheit aufweisen (siehe auch Exkurs
1) (Caspi et al. 2005). Das Gen Neuregulin
1 (Nrg1) beeinflusst verschiedene Prozesse
der neuronalen Entwicklung, welche im Zusammenhang mit Schizophrenie stehen. So
konnten bei post-mortem Untersuchungen
schizophrener Patienten veränderte Expressionsmuster der Nrg1-mRNA nachgewiesen
werden (Hashimoto et al. 2004; Karl et al.
2007). Im Verhaltensexperiment reagieren heterozygote Nrg1-Knockout-Mäuse empfindlicher auf Cannabinoide, was auf Interaktionen
zwischen Nrg1 und dem endocannabinoiden
System schließen lässt (Boucher et al. 2007a;
Boucher et al. 2007b). Dieser Forschungsansatz fördert das Verständnis, inwiefern
genetische Faktoren die Vulnerabilität für
Schizophrenie erhöhen können, bzw. inwiefern sie an cannabisinduzierten Psychosen
beteiligt sind.
Cannabinoide beeinflussen das
Verhalten von Mensch und Versuchstier
Im Gegensatz zu den physiologischen Effekten der endogenen Cannabinoide, welche
nur bei Bedarf synthetisiert werden, führt
die Aufnahme von exogenen Cannabinoiden
oder von CB1-Rezeptorantagonisten zu einer
starken Modulation der neuronalen Signalübertragung bzw. verändert die Aktivität
neuronaler Schaltkreise, sodass bei Mensch
und Versuchstier messbare Veränderungen
in der Wahrnehmung und Verhalten beobachtet werden können. Beim Menschen
zählen psychoaktive (insbesondere kognitive
Leistungen, sensorische Wahrnehmung und
4/08
Nico Wegener et al.
Aufmerksamkeit betreffend) und motorische Effekte sowie
die antinozizeptive, antiemetische oder sedierende Wirkung
zu den am besten dokumentierten akuten Auswirkungen des
Cannabiskonsums (Watson et al. 2000; Iversen 2003). Auch in
der tierexperimentellen Cannabisforschung gibt es zahlreiche
Ansätze, welche zum einen die akuten neuropharmakologischen
Effekte von Cannabinoiden untersuchen und zum anderen versuchen, bestimmte tierexperimentelle Befunde modellhaft auf
neuropsychiatrische Erkrankungen zu übertragen (Übersicht in
Chaperon und Thiebot 1999; Drews et al. 2005).
Sensomotorische Integration und Aufmerksamkeit: Bisher
wurde in einigen Studien ein negativer Effekt von Cannabinoiden
auf sensomotorische Integration und Aufmerksamkeit gezeigt.
Beispielsweise anhand der Präpulsinhibition (PPI) der akustisch
ausgelösten Schreckreaktion (ASR). In diesem Paradigma wird
die ASR, welche beim Menschen durch den Lidschlagreflex und
bei der Ratte durch eine Ganzkörperreaktion charakterisiert ist,
durch die vorherige Präsentation eines nicht schreckauslösenden
Reizes in ihrer Ausprägung stark unterdrückt (Abbildung 3).
Dieser, durch eine neuronale Hemmschleife vermittelte, präattentive Filtermechanismus soll eine gleichzeitige Verarbeitung
getrennter Reize und daraus entstehende Verhaltensinterferenzen
vermeiden (Koch 1999; Braff et al. 2001; Geyer et al. 2001).
CB1-Rezeptoragonisten führen bei der Ratte zu einer deutlichen
Verminderung der PPI (Abbildung 3) (Schneider und Koch 2002;
Martin et al. 2003; Wegener et al. 2008).
Die durch Stimulation von CB1-Rezeptoren verursachten
PPI-Defizite bei Ratten gehen zumindest teilweise auf eine
Stimulation des dopaminergen Systems zurück, da Haloperidol
(ein Dopamin-D2-Rezeptorantagonist) ein durch das Cannabinoid
WIN 55,212-2 ausgelöstes PPI-Defizit aufhob (Schneider und
Koch 2002). Lokale, intracerebrale Infusion von WIN 55,212-2
in verschiedene Gehirnareale der Ratte ergab, dass die pharmakologische Stimulation von CB1-Rezeptoren im medialen
präfrontalen Kortex und ventralen Hippocampus, nicht jedoch
im Nucleus accumbens oder ventralen tegmentalen Areal die
PPI vermindert (Wegener et al. 2008). Interessanterweise zeigen
einige neuropsychiatrische Störungsbilder (z.B. Schizophrenie
und Tourette-Syndrom) ebenfalls eine verminderte PPI (Braff
et al. 2001). Hier ist durch klinische Studien noch zu klären,
inwiefern die tierexperimentellen Befunde direkte Relevanz für
das Verständnis dieser Störungen haben.
aaa Zu Abbildung 3: Bei der akustisch ausgelösten Schreckreaktion (ASR) handelt es sich um eine durch laute (>80dB)
und plötzliche Reize ausgelöste, phylogenetisch alte, bei Säugetieren universell auftretende, protektive Verhaltensreaktion.
Charakteristisch für die ASR ist die Kontraktion der Nacken-,
Gesichts- und Skelettmuskulatur, Lidschluss sowie eine Erhöhung
der Herzfrequenz und die Unterbrechung gerade aktiver Verhaltensprogramme. Zur elektromyographischen Messung kann beim
Menschen der Lidschlagreflex und bei der Ratte die Ganzkörperreaktion herangezogen werden (A). Eine weit verbreitete Methode
zur Modulation der ASR ist die Präpulsinhibition (PPI). Hierbei
kann die Schreckreaktion durch die Präsentation eines kurzen
(20ms), nicht-schreckauslösenden Reizes 30-500ms vor dem
eigentlichen Schreckreiz in ihrer Heftigkeit verringert werden (B)
(Koch 1999; Koch und Fendt 2003). Dieses Phänomen stellt einen
präattentiven Filtermechanismus dar und soll eine gleichzeitige
Informationsverarbeitung getrennter Reize und daraus entstehende
Verhaltensinterferenzen vermeiden (Braff et al. 2001; Geyer et al.
2001). Bei einer Störung dieses Schutz- bzw. Filtermechanismus,
z.B. durch Drogen, ist die Integrität der neuronalen Prozessierung
4/08
primärer Reize nicht mehr gewährleistet, sodass es in Folge zu Aufmerksamkeitsdefiziten durch Reizüberflutung, also zu einem PPI-Defizit, kommen kann, ein Symptom, welches auch bei einigen neuropsychiatrischen
Erkrankungen zu beobachten ist (Braff et al. 2001).
Die PPI der ASR wird in einer schalldichten, belüfteten StartleResponse-Box bestimmt (C). Die akustische Reizung erfolgt über einen
internen Lautsprecher. Während der Messung befindet sich die Ratte in
einem geschlossenen Versuchszylinder aus Plexiglas auf einer bewegungsempfindlichen Messplattform. Wird nun ein akustischer Schreckreiz gesetzt, zeichnet ein Akzelerometer die Ganzkörperschreckreaktion
der Ratte auf und übermittelt die Daten zur Auswertung an den PC.
In diesem Experiment erhielten Ratten einen CB1-Rezeptoragonisten
WIN 55,212-2 (WIN) in einer Dosierung von 1,2mg/kg kurz vor Beginn
des Tests. Danach wurde den Tieren ein Schreckreiz (105dB) präsentiert,
dem unmittelbar je einer von drei Präpulsen unterschiedlicher Intensität
(68, 72 oder 76dB) vorgeschaltet war. Bei einem Vergleich mit der Kontrollgruppe zeigte sich ein durch WIN ausgelöstes generelles PPI-Defizit
(D). Die PPI wird durch cortiko-limbisch-striatale Strukturen reguliert
und die Effekte lokaler Infusionen von WIN zeigen, dass der mediale
präfrontale Kortex dabei eine entscheidende Rolle spielt (Wegener et
al. 2008).bbb
Furchtkonditionierung und Extinktion: Generell sind CB1-Rezeptoren
an zahlreichen Lern- und Gedächtnisprozessen beteiligt (Riedel und Davies 2005). Das endocannabinoide System spielt jedoch eine besonders
wichtige Rolle bei der Regulation von konditionierter Furcht (Chhatwal
Fine Science Tools GmbH
Im Weiher 12
D-69121 Heidelberg, Germany
Tel: +49 (0) 6221 90 50 50
Fax: +49 (0) 6221 90 50 590
Web: www.finescience.de
N\gifm`[\pflijb`cc\[ _Xe[jn`k_
k_\gi\Z`j`fe èjkild\ekjpfle\\[%
]è\jZ`\eZ\%[\
= @ E < J L I > @ : 8 C @ E J K I L D < E K J = F I I < J < 8 I : ? KD
261
A
C
D
B
Abb. 3: Einfluss eines CB1-Rezeptoragonisten auf die Präpulsinhibition der Ratte
und Ressler 2007). Bereits vor einigen
Jahren wurde an CB1-Rezeptor-KnockoutMäusen und in verhaltenspharmakologischen
Studien mit CB1-Rezeptoragonisten und
-antagonisten gezeigt, dass die Extinktion
konditionierter Furcht von CB1-Rezeptoren
abhängt (Marsiciano et al. 2002; Chhatwal
et al. 2005). Wahrscheinlich fördern exogene
oder endogene Agonisten des CB1-Rezeptors
die Extinktion des Furchtgedächtnisses über
die präsynaptische Hemmung GABAerger
Interneurone in der basolateralen Amygdala
(Katona et al. 2001; Azad et al. 2004). Da das
Extinktionslernen die Grundlage der Expositionstherapie von Angst- und Furchtstörungen
ist, könnten CB1-Rezeptoragonisten bei der
Expositionstherapie förderlich sein.
Allgemeine Gedächtnisleistungen: Cannabinoide spielen allgemein eine wichtige Rolle
für Lern- und Gedächtnisleistungen beim
Menschen und bei Versuchstieren (Lichtman
et al. 1995; Lichtman und Martin 1996; Ferrari et al. 1999). Der CB1-Rezeptoragonist
WIN 55,212‑2 beeinträchtigt bei Ratten
das Wiedererkennen von Objekten und von
Sozialpartnern (Schneider und Koch 2002).
Auch im 8-Arm Radial-Maze Test, bei dem
das räumliche Lernen geprüft wird, stört die
akute systemische und die intrahippocampale Gabe von WIN 55,212-2 das Lernen
(Egashira et al. 2002; Wegener et al. 2008).
Die wichtige Rolle eines tonisch aktiven
endocannabinoiden Systems insbesondere
im Hippocampus beim Lernen wird durch
zwei weitere Befunde gestützt: (1) Der CB1Rezeptor ist im Hippocampus besonders
häufig (Tsou et al. 1998). (2) Durch Gabe
des CB1-Rezeptorantagonisten SR141617A
wurde ein cannabinoidinduziertes Lerndefizit
aufgehoben bzw. das Lernvermögen sogar
gesteigert (Terranova et al. 1996; Lichtman
2000; Wolff und Leander 2003).
262
Abhängigkeit: Mittlerweile wurde in mehreren Studien ein gewisses Sucht- bzw.
Abhängigkeitspotenzial von Cannabinoiden
nachgewiesen. Dass die Aktivierung von
CB1-Rezeptoren des endocannabinoiden
Systems einen Belohnungseffekt hat, wird
vor allem durch drei Beobachtungen belegt,
die für Substanzen mit Suchtpotenzial typisch
sind (Moreira und Lutz 2008): (1) Cannabinoide erhöhen die Dopaminfreisetzung im
mesolimbischen Dopaminsystem (Tanda et
al. 1997; Gessa et al. 1998; Wu und French
2000). (2) Cannabinoide induzieren eine
sogenannte konditionierte Platzpräferenz
(conditioned place preference, CPP) (Braida
et al. 2001; Gardner 2002; Braida et al. 2004).
Bei der CPP wird die Aufenthaltszeit des
Tieres in einer neutralen bzw. zuvor mit dem
Effekt einer Droge assoziierten Umgebung
gemessen. Das Versuchstier wird sich vermehrt in der drogenassoziierten Umgebung
aufhalten, sofern die Substanz einen positiven
(belohnenden) Effekt hatte. Die CPP ist ein
weitverbreitetes Tiermodell in der Suchtforschung und von den meisten Suchtmitteln
wie Heroin, Morphin, Kokain, Amphetamin,
MDMA, Nikotin und Alkohol ist bekannt,
dass sie eine CPP induzieren (Übersicht in
Tzschentke 2007). (3) Cannabinoide werden
wie andere Substanzen mit Suchtpotenzial
von Mäusen, Ratten oder Affen selbst verabreicht (intravenös oder intra-cerebroventrikulär), was jedoch von den experimentellen
Bedingungen bzw. cannabinoidbezogenen
Vorerfahrungen der Versuchstiere abzuhängen scheint (Martellota et al. 1998; Fattore
et al. 2001; Justinova et al. 2003). Dass die
positiven psychotropen Effekte von Cannabinoiden über den CB1-Rezeptor vermittelt
werden, zeigen Studien, in denen eine solche
Selbstverabreichung von Cannabinoiden
nicht bei CB1-Rezeptor-Knockout-Mäusen,
bzw. nicht nach Vorbehandlung mit einem
CB1-Rezeptorantagonisten auftraten (Ledent
et al. 1999; Fattore et al. 2001).
Aufgrund der Erkenntnisse zum Abhängigkeitspotenzial von Cannabis ist es nicht
verwunderlich, dass verschiedene humanund tierexperimentelle Studien von einer
Entzugssymptomatik berichten, wie sie auch
bei einigen anderen psychotropen Substanzen
vorkommt. So leiden Cannabiskonsumenten
neben den emotionalen Folgen einer Cannabisabstinenz unter Veränderungen des Appetits,
Gewichtsverlust und generellem Unwohlsein
(Budney und Hughes 2006). Eine solche
Symptomatik kann im Versuchstier sowohl
pharmakologisch durch CB1-Rezeptorantagonisten als auch durch Cannabinoidentzug
nach chronischer CB1-Rezeptorstimulation
induziert werden und äußert sich bei Ratten
u.a. durch Ataxie, Tremor und reduziertes
Putzverhalten. Diese verhaltenspharmakologischen Erkenntnisse zum Suchtpotenzial
bzw. zur Entzugssymptomatik von Cannabinoiden werden durch verschiedene molekularbiologische Ansätze unterstützt. Zum
einen konnte nach chronischer Cannabinoidbehandlung ein Anstieg der Konzentration des
Stresshormons CRH (Corticotropin-releasing
hormone) gemessen werden (Rodriguez de
Fonseca et al. 1997).
Zum anderen wird von einer Adaption des
endocannabinoiden Systems als Reaktion
auf eine anhaltende Rezeptorstimulation berichtet. Hierbei kommt es nicht nur zu einer
generellen Abnahme der CB1-Rezeptordichte
in bestimmten Gehirnarealen (Rubino et al.
1994; Sim-Selley und Martin 2002) sondern
auch zu einer reduzierten Dopaminfreisetzung
im Nucleus accumbens (Diana et al. 1998;
Tanda et al. 1999), was u.a. die aversiven bzw.
dysphorischen Folgen eines Cannabisentzugs
erklären würde.
4/08
Nico Wegener et al.
Cannabis und vulnerable Entwicklungsphasen
des Gehirns: Erkenntnisse aus humanund
tierexperimentellen Studien
Einige Studien haben nachgewiesen, dass chronischer Konsum
von Cannabis während spezifischer Entwicklungsphasen zu anhaltenden und möglicherweise irreversiblen psychischen, emotionalen
und kognitiven Schäden führen kann, sowie ein erhöhtes Risiko
für das Auftreten neuropsychiatrischer Erkrankungen darstellt
(Ehrenreich et al. 1999; Pope et al. 2003; Arseneault et al. 2004;
Caspi et al. 2005). Kedzior und Martin-Iverson (2006; 2007) konnten in vergleichenden Studien sowohl für Schizophreniepatienten
als auch für chronische Cannabiskonsumenten eine Reduktion
der PPI feststellen und schlossen so auf ein generelles Defizit der
präattentiven Informationsverabeitung dieser Probanden. Des
Weiteren fanden Ehrenreich et al. (1999) eine Verminderung der
Aufmerksamkeitsleistung nur bei solchen Probanden, die während
der Pubertät regelmäßig Cannabis konsumiert hatten. Versuchspersonen, die erst nach der Pubertät mit Cannabis in Kontakt
kamen, waren dagegen normal aufmerksam. Durch bildgebende
Verfahren konnte zusätzlich gezeigt werde, dass regelmäßiger Cannabiskonsum vor dem 17. Lebensjahr nicht nur zu einer erhöhten
Hirndurchblutung führt, sondern auch das Verhältnis von grauer
zu weißer Hirnsubstanz verändert (Wilson et al. 2000). Außerdem
fielen die Probanden dieser Studie im Vergleich zu Probanden, die
erst nach dem 17. Lebensjahr mit dem Cannabiskonsum begannen,
durch geringere Körpergröße und geringeres Gewicht auf.
Unterstützt werden Befunde zu den negativen Auswirkungen
des regelmäßigen Cannabisgebrauchs durch verschiedene tierexperimentelle Ansätze. Bei Ratten, denen während der Pubertät
der CB1-Rezeptoragonist WIN 55,212-2 chronisch verabreicht
wurde, wurden langfristige und anhaltende Verhaltensänderungen
festgestellt (Exkurs 2).
Insbesondere die Aufmerksamkeit, das Kurzzeitgedächtnis und
die Motivation waren beeinträchtigt (Schneider und Koch 2003;
2007). Dazu zeigten diese Tiere eine erhöhte motorische Aktivität
und ein verändertes Angstverhalten (Wegener und Koch 2008),
wobei auch das Sozialverhalten durch pubertäre Cannabinoidbehandlung stark beeinträchtigt war und sich u.a. in Störungen des
sozialen Spielverhaltens und der Eigenpflege äußerte (Schneider
und Koch 2005; Schneider et al. 2008). Eine identische Behandlung erwachsener oder auch präpubertärer Tiere hatte keine oder
geringere Auswirkungen auf deren spätere Verhaltensleistungen,
sodass aufgrund dieser Ergebnisse insbesondere die Pubertät als
vulnerabel gegenüber exogenen Cannabinoiden charakterisiert
werden kann (Schneider und Koch 2003; Schneider et al. 2005).
Die Befunde zur Gedächtnisleistung und sozialen Interaktion
werden u.a. durch eine Studie von O´Shea et al. (2004) bestätigt,
in der weibliche Ratten während ihrer Pubertät einer chronischen
Behandlung mit dem synthetischen Cannabinoid CP 55,940
unterzogen wurden und nur diese Tiere im adulten Stadium eine
defizitäre Gedächtnisleistung und ein verändertes Sozialverhalten
aufwiesen.
Zumindest an manchen dieser anhaltenden Verhaltensänderungen der Tiere sind wahrscheinlich CB1-Rezeptor-induzierte
direkte oder indirekte Modulationen des dopaminergen Systems
beteiligt. Diese Annahme wird durch folgende Befunde gestützt:
(1) Der Dopamin-Rezeptorantagonist Haloperidol normalisierte
die defizitäre PPI von chronisch mit WIN 55,212-2 behandelten
Tieren (Schneider und Koch 2003). (2) Chronische Behandlung
mit THC erhöht dauerhaft die Feuerrate der Neurone des mesencephalen ventralen tegmentalen Areals (VTA), einem der
4/08
wichtigsten dopaminergen Kerngebiete (Wu und French 2000). (3) Die
Expression des c-Fos-Proteins (ein immediate early gene-Produkt und
Transkriptionsfaktor) im Nucleus accumbens ist bei chronisch mit WIN
55,212-2 behandelten Ratten erhöht und die Fos-Expressionsmuster nach
systemischer Gabe von Dopamin-Rezeptoragonisten und -antagonisten
sind bei solchen Tieren verändert (Wegener und Koch 2008). (4) Pistis
et al. (2004) fanden in einer elektrophysiologischen Studie, dass die dopaminergen Neurone des VTA eine Toleranz gegenüber Cannabinoiden
entwickeln, wenn Ratten während der Pubertät (Tag 35 bis 42) einer kurzen
Behandlung mit ansteigenden Dosierungen von WIN 55,212-2 unterzogen
wurden. Da dieser Effekt bei adulten Tieren nicht zu beobachten war und
die exzitatorischen Eingänge in das VTA durch das endocannabinoide
System moduliert werden (Melis et al. 2004), ist von einer erhöhten
Empfindlichkeit dieses Systems während der Pubertät auszugehen. Eine
chronische Cannabinoidbehandlung könnte das dopaminerge System
durch die Störung der endocannabinoiden Transmission und Regulation
synaptischer Eingänge anhaltend verändert haben.
In Bezug auf die beobachteten Veränderungen sozialer Verhaltensweisen
nach chronischer pubertärer Cannabinoidbehandlung werden Adaptationen
innerhalb des Stresssystems vermutet. Das Stresshormon Corticosteron
beeinflusst verschiedene soziale Verhaltensweisen der Ratte (Tang et al.
2003). Dass das endocannabinoide System an der Modulation der Stressantwort beteiligt ist, wurde u.a. durch zwei Studien gezeigt, in denen (1)
Haller et al. (2004) bei CB1-Rezeptor-Knockout-Mäusen eine reduzierte
soziale Interaktion fanden und (2) Manzanares et al. (1999) zeigten, dass
263
Exkurs 2
änderungen definieren. Die pubertäre Entwicklungsphase erstreckt sich bei weiblichen
Ratten in etwa von Tag 28 bis 40 und bei
männlichen Ratten ungefähr von Tag 38 bis
60 (Schneider 2008).
In einer aktuellen Studie (Wegener und
Koch 2008) wurde die chronische Behandlung
mit dem synthetischen Cannabinoid WIN
55,212-2 (WIN) zu Anfang der Pubertät der
Ratte an Postnataltag (pd) 40 begonnen (A).
Während der nächsten 25 Tage (die Zeit der
Pubertät) erhält die Ratte unregelmäßige In-
(Ehrenreich et al. 1999; Pope et al. 2003;
Arseneault et al. 2004; Caspi et al. 2005).
Verschiedene tierexperimentelle Studien
bestätigen diese Befunde. Tiermodelle
bieten hierbei die Möglichkeit, einen Zusammenhang zwischen Cannabiskonsum
und späteren Folgeerscheinungen unter
kontrollierten Bedingungen (definiertes
Zeitfenster des Entwicklungsstadiums,
Dosierung) und ohne die in Humanstudien oft zu berücksichtigen Effekte des
Tabakrauchens („Joint“) zu untersuchen.
Bei Nagern lässt sich die Pubertät durch
charakteristische physiologische Ver-
jektionen von WIN, d.h. entweder zwei, eine
oder auch keine Injektion pro Tag, um dem
variablen Konsumverhalten von Probanden
aus Humanstudien gerecht zu werden. Nach
Abschluss der Behandlung erfolgt eine 15-tägige Pause, um bei den folgenden Verhaltensexperimenten akute Substanzwirkungen oder
auch Entzugseffekte auszuschließen. An pd80,
und somit im adulten Stadium des Tieres, wird
mit verschiedenen Verhaltensexperimenten
begonnen (B), um so mögliche anhaltende
Verhaltensänderungen als Folge einer chronischen CB1-Rezeptorstimulation zu messen.
Abschließend (pd108) erfolgt die immunhi-
stochemische Bestimmung der neuronalen
Aktivität verschiedener Hirnregionen durch
Quantifizierung der Expression des FosProteins (C). Die chronische pubertäre Behandlung der Ratten mit WIN führte u.a. zu
einem Defizit der Präpulsinhibition (PPI) bei
adulten Ratten (Wegener und Koch 2008).
PPI ist ein Maß für die sensomotorische
Integrations- bzw. Aufmerksamkeitsleistung
(siehe hierzu auch Abbildung 3). Dieses
Defizit konnte noch 40 Tage nach der letzten
WIN-Injektion (d.h. an pd105) nachgewiesen
werden. Auch die motorische Aktivität der
chronisch mit WIN behandelten Tiere, gemessen als zurückgelegte Distanz in einem
Offen-Feld, war gegenüber der Kontrollgruppe an pd85 erhöht. Eine Erklärung für solche
anhaltenden Verhaltensänderungen als Folge
einer andauernden CB1-Rezeptorstimulation
könnte eine Störung verschiedener Neurotransmittersysteme sein, die, wie das
endocannabinoide oder dopaminerge System, während der Pubertät abschließenden
Reifungsprozessen unterworfen sind (Rodriguez de Fonseca et al. 1993; Andersen
et al. 2000; Spear 2000). Dass hierbei die
Pubertät gegenüber Cannabinoiden als besonders vulnerabel betrachtet werden muss,
wird durch Studien bestätigt, in denen eine
chronische WIN-Behandlung adulter oder
präpubertärer Tiere nicht zu Verhaltensstörungen führte (Schneider und Koch 2003;
O´Shea et al. 2004; Schneider et al. 2005).
Die erhöhte neuronale Aktivität (gesteigerte
Fos-Expression) im Nucleus accumbens,
einer Schlüsselstruktur des mesolimbischen
Dopaminssystems, lässt zusätzlich zu den
Verhaltensänderungen eine möglicherweise
veränderte Empfindlichkeit adulter Ratten
gegenüber anderen psychotrope Substanzen
(z.B. Kokain) als Folge der chronischen
Cannabinoidbehandlung vermuten.
Δ9-THC die Plasmakonzentration von ACTH
(adrenocorticotropes Hormon) und Corticosteron erhöht.
Interessanterweise ergab sich in der Studie von Pistis et al. (2004) bei pubertär mit
WIN 55,212-2 behandelten Tieren zusätzlich
eine anhaltende Kreuztoleranz gegenüber
Morphin, Kokain und Amphetamin. Eine
andere Studie fand eine Sensitivierung
gegenüber Amphetamin und Heroin nach
Cannabinoidapplikation (Lamarque et al.
2001). Der CB1-Rezeptor teilt sich verschiedene Komponenten der zellulären
Signalübertragung wie G-Proteine oder
Adenylatzyklasen mit Opioid-Rezeptoren,
Dopamin D2-Rezeptoren oder auch GABABRezeptoren (Ameri 1999) und die chronische
Stimulation des endocannabinoiden Systems
während der pubertären Entwicklung des
Gehirns könnte zu anhaltenden und möglicherweise irreversiblen Störung dieser
gemeinsamen Signalmechanismen geführt
haben und somit auch andere Transmittersysteme beeinflusst haben. Diese Ergebnisse
sprechen dafür, dass ein direkter Zusammenhang zwischen pubertärem Cannabiskonsum
und dem Effekt anderer Drogen besteht und
festigt die Vermutung, dass Cannabis als
Einstiegsdroge betrachtet werden muss, also
z.B. den Konsum von Drogen aus anderen
Wirkstoffklassen begünstigt. Hierzu ergab
eine aktuelle Studie von Ellgren et al. (2007),
dass heranwachsende Ratten, die einer
chronischen THC-Behandlung unterzogen
wurden, sich im Erwachsenenalter verstärkt
Heroin selbst verabreichen. Eine Erklärung
hierfür könnte u.a. die in dieser Arbeit
beobachteten anhaltenden Veränderungen
der Konzentration von Opioidrezeptoren in
Teilen des Belohnungssystems (VTA) sein.
Diese und andere Befunde (Pope et al.
2003; Caspi et al. 2005) weisen darauf hin,
dass die Pubertät, welche neben den prä- und
perinatalen Phasen ein weiteres wichtiges
Zeitfenster der Gehirnentwicklung ist (Romeo
2003), eine besonders vulnerable Entwicklungsphase für die negativen Auswirkungen
des Cannabiskonsums darstellt. Als besonders
wichtig muss in diesem Zusammenhang eine
Studie der Bundeszentrale für gesundheitliche
Aufklärung (BZgA 2007) gesehen werden,
die zeigt, dass vor allem Jugendliche und
junge Erwachsene Cannabis konsumieren
(siehe hierzu auch EMCDDA 2007).
Chronischer Cannabiskonsum
im Tiermodell
Die Ergebnisse verschiedener Humanstudien
lassen vermuten, dass der chronische Cannabiskonsum insbesondere während einer
vulnerablen Entwicklungsphase des Gehirns
zu anhaltenden Verhaltensänderungen führt
und das Risiko für das Auftreten bestimmter
neuropsychiatrischer Krankheiten erhöht
A
B
264
C
4/08
glas für
wissenschaf t
labor
industrie
medizin
technik
Cannabis als Heilmittel:
Die therapeutische Nutzbarmachung
des endocannabinoiden Systems
Frühe Berichte über die sedierenden, analgetischen und appetitstimulierenden
Eigenschaften von Cannabis sativa gaben
Hinweise auf eine mögliche therapeutische
Nutzung von Cannabinoiden (Watson et al.
2000; Croxford 2003). Der Nachweis von
CB1-Rezeptoren in Hirngebieten wie dem
cerebralen Kortex, dem Kleinhirn, Hippocampus und den Basalganglien (Herkenham
et al. 1991; Tsou et al. 1998) unterstrich, dass
exogene Cannabinoid-Rezeptorliganden ein
weitreichendes Anwendungsspektrum als
Therapeutika neurologischer und psychiatrischer Störungen haben könnten.
Zur Behandlung von Übelkeit und Erbrechen als Folge einer Chemotherapie bei
Krebspatienten sowie zur Verbesserung des
anorektischen Zustandes bei AIDS-Patienten
werden heutzutage Cannabinoide wie das
synthetische Nabilon oder Dronabinol, ein
aus der Hanfblüte gewonnenes teilsynthetisches Derivat des Δ9-THC, genutzt.
Dronabinol wurde 1986 in den USA als Fertigarzneimittel zugelassen, entwickelt jedoch
stärkere Nebenwirkungen, z.B. Schwindel
oder Benommenheit, als sein synthetisches
Analogon Nabilon (Pertwee 2005; Croxford
2003). Dass das endocannabinoide System
an der Kontrolle von Appetit und Körpergewicht beteiligt ist, konnte auch durch
verschiedene Tierexperimente nachgewiesen werden. Ratten, denen entweder AEA
oder Δ9-THC injiziert wurde, zeigten einen
erhöhten Futterkonsum, was durch den CB1Rezeptorantagonisten SR141716 blockiert
werden konnte (Colombo et al. 1998a; Koch
2001). Mittlerweile ist SR141716 unter dem
Handelsnamen Rimonabant zur Behandlung
von Adipositas zugelassen.
Des Weiteren scheinen sich Cannabinoide
gut zur Behandlung von Bewegungsstörungen zu eignen, wie sie beispielsweise bei
der Parkinson´schen Erkrankung und bei
Multipler Sklerose (MS) auftreten. In einem
MS-Tiermodell vermochten Cannabinoide
sowohl Spasmen als auch den Tremor zu
reduzieren (Baker et al. 2000). Klinische
Hinweise für eine positive Wirkung von
Cannabinoiden zur Behandlung von MS
finden sich bisher in einigen Fallstudien, in
denen von einer deutlichen Verbesserung
motorischer Funktionen sowie von genereller
Schmerzlinderung berichtet wird (Pertwee
2005).
Cannabis wurde bereits im alten China
als Analgetikum genutzt. Die schmerzlindernde Wirkung von Cannabinoiden konnte
bis heute in verschiedenen Rattenmodellen
4/08
neuropathischer Schmerzen oder arthritischer
Symptome nachgewiesen werden und geht
wahrscheinlich auf eine Interaktion der cannabinoiden und opioiden Systeme zurück. So
verstärken Cannabinoide die Ausschüttung
körpereigener Opioide und verbessern die
schmerzlindernde Wirkung von Opiaten
(Pugh et al. 1996; Monhemius et al. 2001;
Pertwee 2005). Im Gegensatz dazu erhöht
eine CB1-Rezeptorblockade bzw. der CB1Rezeptor-Knockout die Schmerzempfindlichkeit (Walker et al. 1999). Diese Ergebnisse
verdeutlichen, dass das endocannabinoide
System an der Schmerzwahrnehmung beteiligt ist und Substanzen, die beispielsweise den
Abbau oder die Wiederaufnahme von AEA
blockieren, ein verheißungsvolles Mittel
der Schmerztherapie darstellen, besonders
in solchen Fällen (z.B. bei chronischen
Schmerzpatienten), bei denen sich Opiate
als uneffektiv erwiesen haben. Interessanterweise ergaben anatomische Studien eine
ähnliche Verteilung bzw. Co-Lokalisation
von Cannabinoid- und Opioidrezeptoren in
denjenigen Gehirnstrukturen, die auch an den
emotionalen Aspekten der Nozizeption beteiligt sind (Maldonado und Valverde 2003).
CB1-Rezeptoren kommen in Teilen des
Belohnungssystems des Gehirns (Nucleus
accumbens und ventrales tegmentales Areal)
vor, was darauf hindeutet, dass endogene
Cannabinoide sowohl an der Bewertung des
Belohnungseffekts einer Droge als auch am
Suchtverhalten beteiligt sind (Lupica et al.
2004; Rodriguez de Fonseca et al. 2005; Cooper und Haney 2008). Diese Vermutung wird
durch Studien bekräftigt, die zeigten, dass
Cannabinoide, z.B. aufgrund einer erhöhten
Feurerrate dopaminerger Neurone oder der
Inhibition accumbaler GABA-Ausschüttung,
zu einer erhöhten mesolimbischen Dopamintransmission führen (Tanda et al. 1997; Gessa
et al. 1998; Wu und French 2000; Gardner
2005). Dass insbesondere bei der Behandlung
von Alkoholismus und Nikotinabhängigkeit
das endocannabinoide System bzw. der CB1Rezeptor ein Erfolg versprechendes Ziel darstellt, zeigen verschiedene tierexperimentelle
Studien. Zum einen fördert die Stimulation
des CB1-Rezeptors die freiwillige Aufnahme
von Alkohol (Colombo et al. 2002) und chronischer Alkoholkonsum vermindert die CB1Rezeptordichte und -funktion (Basavarajappa
et al. 1998). Zum anderen zeigte eine Studie,
dass in CB1-Rezeptor-Knockout-Mäusen Nikotin keine CPP auslöst (Castane et al. 2002).
Da Nikotin die Dopamintransmission direkt
über nikotinische Acetylcholin-Rezeptoren
erhöht, muss aufgrund dieser Befunde davon
ausgegangen werden, dass das endocannabinoide System die Aktivierung dopaminerger
Neurone moduliert.
Glaskapillaren
in verschiedenen Formen, Längen & Glasarten
bestens geeignet zur Herstellung von Mikropipetten und Mikroelektroden
Mikropipetten
vorgezogene Mikropipetten
und
Mikroelektroden
gefertigt nach Ihren
Wünschen aus hochwertigem Borosilicatglas
oder
Sondergläsern
Füllnadeln
Spezialnadeln
aus
Glas mit Luer-Anschluss.
Ideal zum blasenfreien
Befüllen
von
Mikropipetten bis in die Spitze
− Kapillaren & Fasern
− Rohre & Stäbe
− Füllkörper
− Pasteur- & Sonder-Pipetten
− Schaugläser & Plättchen
− Probenbehälter & NMR-Tubes
− und vieles mehr...
Þ www.hilgenberg-gmbh.de
| [email protected]
ľ +49 (0) 5661 7303-0 ĩ -11
265
Folglich ist zur Behandlung von Suchterkrankungen die therapeutische Nutzung
von Modulatoren des endocannabinoide
Systems von Interesse. In einem Test
zum Selbstverabreichungsverhalten von
Alkohol oder Nikotin vermindern CB 1Rezeptorantagonisten das „Verlangen“ von
Ratten nach diesen Substanzen, was darauf
hindeutet, dass beispielsweise Rimonabant
ein potenzielles Mittel zur Behandlung von
Alkoholismus oder Nikotinabhängigkeit
sein könnte (Colombo et al. 1998b; Cohen
et al. 2002; Colombo et al. 2007; Le Foll et
al. 2008).
Ausblick
Trotz vieler humanund tierexperimenteller
Studien der Cannabisforschung sind bis
heute viele Fragen bezüglich cannabinoider Wirkmechanismen und der kurz- oder
langfristigen Effekte des Cannabiskonsums
ungeklärt. Obwohl weitestgehend Einigkeit
über die Verteilung von CB1-Rezeptoren im
Gehirn besteht, fällt es bis heute schwer, von
der lokalen Dichte des CB1-Rezeptors auf die
Kopplungsstärke des aktivierten Rezeptors
mit den nachgeschalteten Signaltransduktionssystemen und die damit zusammenhängenden physiologischen Effekte zu schließen
(Breivogel et al. 1997; Glass und Northup
1999; Prather et al. 2000). Hierzu ergab eine
Studie, in der radioaktiv markiertes Guanosintriphosphat ([35S]GTPγS) eingesetzt
wurde, dass der CB1-Rezeptor abhängig
von der Hirnregion, in der er vorkommt,
unterschiedlich viele G-Proteine aktiviert. In
Zellkulturassays aus Regionen mit geringer
CB1-Rezeptordichte wie Amygdala oder
Hypothalamus führt die Agonistenbindung
am CB1-Rezeptor zu einer ebenso starken
Aktivierung von G-Proteinen wie in Zellkulturen aus dem Hippocampus, der eine
hohe Dichte des CB1-Rezeptors aufweist
(Breivogel et al. 1997).
Des Weiteren bleibt zu klären, inwieweit
das pharmakologische Profil der bekannten
CB1-Rezeptoragonisten und -antagonisten
von ihrer Affinität bzw. Effizienz an neuen
Mitgliedern der CB-Rezeptorfamilie, z.B.
dem GPR55-Rezeptor, abhängt. Unklar ist
beispielsweise, warum Δ9-THC und auch
2-AG effizienter bei der GPR55- als bei der
CB1- oder CB2-Rezeptoraktivierung (also
der Fähigkeit des Rezeptors [35S]GTPγS zu
binden) sind (Ryberg et al. 2007). Insgesamt
stellen das endocannabinoide System bzw.
cannabinoide Agonisten oder Antagonisten
wichtige Ansatzpunkte zur Behandlung
bestimmter zentralnervöser Erkrankungen
und Zustände dar. So könnte in Zukunft der
Einsatz von nicht-psychoaktiven Cannabi266
noiden wie dem natürlichen Cannabidiol
oder auch die genauere Erforschung des
GPR55-Rezeptors eine Trennung der ungewollten, meist CB1-Rezeptor-vermittelten,
psychotropen Effekte vom therapeutischen
Potential der Cannabinoide ermöglichen.
Außerdem ist eine weitere Fokussierung
der Cannabisforschung auf die in Humanund Tierstudien nachgewiesenen Langzeitfolgen eines chronischen Cannabiskonsums
notwendig. Wie groß ist die Gefahr von
irreversiblen Folgeschäden besonders bei
einem regelmäßigem Konsum während vulnerabler Entwicklungsphasen des Gehirns
(Pubertät)? Inwieweit und warum ist das
Risiko für bestimmte neuropsychiatrische
Erkrankungen erhöht? Muss Cannabis als
potenzielle „Einstiegsdroge“ betrachtet
werden und was genau sind die zugrunde
liegenden neuronalen Mechanismen und
Veränderungen? Die Klärung dieser Fragen
ist nicht nur gesellschaftspolitisch von großem Interesse, sondern auch wichtig, um die
Risiken einer klinischen Anwendung von
Cannabinoiden bei Jugendlichen abschätzen
zu können.
Somit ist es aus der Sicht des Grundlagenforschers und aus einem klinischen
Blickwinkel essenziell, die genaue Funktion
der Komponenten des endocannabinoiden
Systems sowohl bei Entwicklungsprozessen
als auch im gesunden oder erkrankten Organismus zu klären, um so die Folgen einer
Modulation dieses Systems vorherzusagen.
Zur Beantwortung der Frage, ob Cannabinoide als Heilmittel oder als potenziell
schädliche Droge zu sehen sind, werden
in Zukunft die Kombination verschiedener
molekularbiologischer und verhaltenspharmakologischer Ansätze beitragen.
Literatur
Ameri, A. (1999): The effects of cannabinoids on
the brain. Prog Neurobiol 58: 315-348.
Arseneault, L., Cannon, M., Witton, J. und Murray, R.M. (2004): Causal association between
cannabis and psychosis: examination of the
evidence. Br J Psychiatry 184: 110-117.
Breivogel, C.S., Sim, L.J. und Childers, S.R.
(1997): Regional differences in cannabinoid
receptor/G-protein coupling in rat brain. J
Pharmacol Exp Ther 282: 1632-1642.
Caspi, A., Moffitt, T.E., Cannon, M., McClay,
J., Murray, R., Harrington, H., Taylor, A.,
Arseneault, L., Williams, B., Braithwaite, A.,
Poulton, R. und Craig, I.W. (2005): Moderation
of the effect of adolescent-onset cannabis use on
adult psychosis by a functional polymorphism
in the catechol-O-methyltransferase gene:
longitudinal evidence of a gene environment
interaction. Biol Psychiatry 57: 1117-1127.
Chaperon, F. und Thiebot, M.H. (1999): Behavioral effects of cannabinoid agents in animals.
Crit Rev Neurobiol 13: 243-281.
Di Marzo, V., Breivogel, C.S., Tao, Q., Bridgen,
D.T., Razdan, R.K., Zimmer, A.M., Zimmer,
A.und Martin, B.R. (2000): Levels, metabolism, and pharmacological activity of anandamide in CB(1) cannabinoid receptor knockout
mice: evidence for non-CB(1), non-CB(2)
receptor-mediated actions of anandamide in
mouse brain. J Neurochem 75: 2434-2444.
Elphick, M.R. und Egertova, M. (2001): The
neurobiology and evolution of cannabinoid
signalling. Philos Trans R Soc Lond B Biol
Sci 356: 381-408.
EMCDDA (European monitoring centre for drugs
and drug addiction). The state of the drugs
problem in europe (2007).
Fernandez-Ruiz, J.J., Berrendero, F., Hernandez,
M.L., Romero, J. und Ramos, J.A. (1999):
Role of endocannabinoids in brain development. Life Sci 65: 725-736.
Herkenham, M., Lynn, A.B., Johnson, M.R.,
Melvin, L.S., De Costa, B.R. und Rice, K.C.
(1991): Characterization and localization of
cannabinoid receptors in rat brain: a quantitative in vitro autoradiographic study. J Neurosci
11: 563-583.
Koch, M. (1999): The neurobiology of startle.
Prog Neurobiol 59: 107-128.
Ledent, C., Valverde, O., Cossu, G., Petitet, F.,
Aubert, J.F., Beslot, F., Bohme, G.A., Imperato, A., Pedrazzini, T., Roques, B.P., Vassart,
G., Fratta, W. und Parmentier, M. (1999): Unresponsiveness to cannabinoids and reduced
addictive effects of opiates in CB1 receptor
knockout mice. Science 283: 401-404.
Lupica, C.R., Riegel, A.C. und Hoffman, A.F.
(2004): Marijuana and cannabinoid regulation
of brain reward circuits. Br J Pharmacol 143:
227-234.
Piomelli, D. (2003): The molecular logic of endocannabinoid signalling. Aust N Z J Psychiatry
40: 105-113.
Pistis, M., Perra, S., Pillolla, G., Melis, M., Muntoni, A.L. und Gessa, G.L. (2004): Adolescent
exposure to cannabinoids induces long-lasting
changes in the response to drugs of abuse of rat
midbrain dopamine neurons. Biol Psychiatry
56: 86-94.
Rodriguez de Fonseca, F., Ramos, J.A., Bonnin,
A. Fernandez-Ruiz, J.J. (1993): Presence
of cannabinoid binding sites in the brain
from early postnatal ages. Neuroreport 4:
135-138.
Schneider, M. und Koch, M. (2003): Chronic
pubertal, but not adult chronic cannabinoid
treatment impairs sensorimotor gating, recognition memory, and the performance in a
progressive ratio task in adult rats. Neuropsychopharmacology 28: 1760-1769.
Schneider, M. (2008): Puberty as a highly vulnerable developmental period for the consequences of cannabis exposure. Addiction Biol
13: 253-263.
Tanda, G., Loddo, P. und Di Chiara, G. (1999):
Dependence of mesolimbic dopamine transmission on Δ9-tetrahydrocannabinol. Eur J
Pharmacol 376: 23-26.
Watson, S.J., Benson, J.A. Jr und Joy, J.E.
(2000): Marijuana and medicine: assessing the
science base: a summary of the 1999 Institute
4/08
Berthold Hedwig et al.
of Medicine report. Arch Gen Psychiatry 57:
547-552.
Wegener, N., Kuhnert, S., Thüns, A., Roese,
R. und Koch, M. (2008): Effects of acute
systemic and intra-cerebral stimulation
of cannabinoid receptors on sensorimotor
gating, locomotion, and spatial memory in
rats. Psychopharmacology 198: 375-385.
Motorische Kontrolle der akustischen
Orientierung von Grillen
Eine vollständige Literaturliste kann bei
den Autoren angefordert werden.
Zusammenfassung
Das auditorische Orientierungsverhalten von Grillen ist eine komplexe senso-motorische Schleife, die von der Gesangswahrnehmung und Gesangserkennung bis hin zur
Motorik der ausgelösten Steuerbewegungen reicht. Paarungsbereite Grillenweibchen
laufen zu den singenden Männchen und benutzen deren Lockgesang als sensorischen
Wegweiser. Dieses Verhalten, genannt Phonotaxis, ist auf des Zeitmuster des Männchengesangs abgestimmt. Doch während der Phonotaxis verändert sich die Selektivität
des Verhaltens und die Tiere steuern reflexartig auch zu nichtattraktiven Lautpulsen.
An den auditorischen Steuerbewegungen sind die Vorderbeine beteiligt, indem insbesondere die kontralaterale Tibia in Richtung der Schallquelle gestreckt wird. In
den slow und fast Motoneuronen, die die Steuerbewegungen der Tibia kontrollieren,
erhöht sich während rhythmischer Motoraktivität der zytosolische Kalziumspiegel in
Phase mit den Motorsalven. Die Motoneurone erhalten keine direkten auditorischen
Eingänge, sie zeigen aber bei elektrischer Reizung der Halskonnektive eine überschwellige synaptische Antwort. In laufenden Weibchen lösen identifizierte deszendierende
Hirnneurone bei intrazellulärer Reizung starke Drehbewegungen aus und sind möglicherweise an der Richtungskontrolle des phonotaktischen Laufens beteiligt.
Danksagung
Die Autoren danken Nina Ptak für die
Illustration der Vorgänge rund um den
CB1-Rezeptor.
Kurzbiografien
Nico Wegener: geboren 1978; Studium der
Biologie an der Universität Bremen. Anfertigung der Diplomarbeit während eines
Forschungsaufenthalts am Mental Health
Research Institute, Melbourne, Australien.
2008 Promotion in Bremen. Schwerpunkt
der wissenschaftlichen Arbeiten ist die
Rolle des cannabinoiden Systems bei der
Verhaltenssteuerung der Ratte und die Folgen
einer chronischen pubertären Cannabinoidbehandlung.
Miriam Schneider: geboren 1976; Studium
der Biologie an der Universität Tübingen.
Promotion 2004 an der Universität Bremen.
Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Universitätsklinikum Köln. Seit 2006 wissenschaftliche Mitarbeiterin am Zentralinstitut für Seelische Gesundheit Mannheim. Forschungsschwerpunkt liegt auf Reifungsprozessen
des endocannabinoiden Systems während der
postnatalen Entwicklung (Pubertät) sowie auf
der Beteiligung des endocannabinoiden Systems bei belohnungsrelevanten Prozessen.
Michael Koch: geboren 1959; Studium der
Biologie und Chemie an der Universität
Konstanz. Promotion 1990. Forschungsaufenthalte an der Universität Cambridge
(UK). 1996 Habilitation (Tierphysiologie)
in Tübingen. Heisenbergstipendiat bis 1999.
Seit 2000 Professor für Neuropharmakologie
an der Universität Bremen.
Korrespondenzadresse
Nico Wegener
Institut für Hirnforschung
Abteilung Neuropharmakologie
Universität Bremen / Cognium
28395 Bremen
Tel.: +49 (0)421 218 62978
E-Mail: [email protected]
4/08
Tom Baden, Maja Zorovic und Berthold Hedwig
Abstract
Motor Control of Auditory Orientation in Crickets
Auditory orientation in female crickets involves a complex sensory-to-motor loop
extending from song perception and pattern recognition to the motor control of orientation behaviour. Females, which are ready to mate, orient towards singing males
using their calling song as a sensory cue. Their behaviour, called phonotaxis, is tuned
towards the temporal pattern of the male song. However, during phonotaxis the selectivity of pattern recognition changes and the animals steer reflex-like to non-attractive
sound pulses. Especially the front legs contribute to the auditory steering responses
by extending the contralateral front tibia towards the sound source. During rhythmic
motor activity the cytosolic Ca2+ levels in the slow-extensor and fast-flexor motoneurons
that control the tibia movements increase in phase with motor bursts. The motoneurons
do not receive any auditory inputs but they respond to electrical stimulation of the
cervical connectives with suprathreshold synaptic activity. In walking crickets some
identified interneurons descending from the brain evoke strong steering movements
upon intracellular stimulation and thus may contribute to the control of phonotactic
steering and walking.
Key words: phonotaxis; track ball system; reactive steering; motoneurons; calcium
imaging
Einleitung
Grillen nutzen akustische Signale zur
intra-spezifischen Kommunikation. Die
Männchen erzeugen mit rhytmischen
Bewegungen ihrer Vorderf lügel einen
artspezifischen Lockgesang. Mit jeder
Schließbewegung der Flügel geht ein Lautpuls von ca. 20 ms Dauer (4.8 kHz bei ca.
100 dB SPL) einher. Mehrere dieser Pulse
werden von den Tieren zu Versen gruppiert
und ausdauernd vorgetragen, um Weibchen
anzulocken (Huber 1964). Beide Geschlechter besitzen Hörorgane in den Vorderbeinen.
Die Weibchen sind stumm, doch wenn sie
paarungsbereit sind, laufen oder fliegen sie
zu den singenden Männchen und nutzen dabei deren Gesang zur Orientierung (Popov
und Shuvalov 1977; Ulagaraj und Walker
1973). Dieses Verhalten der Weibchen
wird als Phonotaxis bezeichnet und stellt
eine komplexe senso-motorische Schleife
dar, die von der auditorischen Informationsverarbeitung bis hin zur Erzeugung
267
der motorischen Steuerreaktionen reicht,
die dem Orientierungsverhalten zugrunde
liegen. Bisher ist insbesondere die auditorische Seite der Phonotaxis Forschungsgegenstand gewesen u.a. mit der Zielsetzung,
die Richtungssensitivität des Systems und
die neuronalen Filter zu verstehen, die die
Erkennung des artspezifischen Gesangsmusters leisten (Hoy 1978; Schildberger et al.
1989; Lewis 1992; Pollack 2000). Die Ohren
von Grillen liegen in den Vorderbeinen und
arbeiten als Druckgradienten-Empfänger:
Die Tympana sind den Schallwellen direkt
ausgesetzt aber die Hörorgane erhalten den
wesentlichen auditorischen Eingang über
A
B
werden die Reaktionen auf die Lautpulse
schließlich in das motorische Lokomotionsmuster integriert? Geschieht dies über
lokale thorakale Netzwerke oder durch
deszendierende Hirnneurone? Nur wenig
ist bekannt über die Beinbewegungen, die
Motoneurone und die neuronalen Netzwerke, die das Gesangsmuster verarbeiten
und das Laufverhalten kontrollieren. Wir
gehen diesen Fragestellungen mit Verhaltensexperimenten nach, mit intrazellulären
Ableitungen von Hirnneuronen in aktiv
laufenden Weibchen und mit optischen
Methoden, die die räumliche und zeitliche
Dynamik von zytosolischen Kalziumände-
C
D
Abb. 1: (A) Ein Grillenweibchen, das an einer Halterung befestigt ist, läuft auf einer luftgelagerten Kugel während dem Tier akustische Reize über zwei Lautsprecher angeboten
werden. Das Trommelfell im rechten Vorderbein ist deutlich zu erkennen. (B) Kennlinie
der Phonotaxis bei 75 dB SPL. Die Weibchen zeigen eine deutliche Präferenz für Lautmuster mit eines Pulsrate von ca. 30Hz, die dem arteigenen Gesang entsprechen. Kürzere
oder längere Pulse lösen keine Phonotaxis aus. (C) Die Weibchen reagieren mit schnellen Steuerbewegungen in Richtung der Lautpulse (Dauer 21 ms, Interval 21 ms), wenn
diese paarweise aber abwechselnd von links und rechts angeboten werden. Richtungsänderungen erfolgen mit einer Latenz von 55-60 ms deutlich vor dem Ende des Vers. (D)
Werden nichtattraktive Testpulse wie dieser Testreiz mit zunehmender Amplitude in das
normale Gesangsmuster eingefügt, so steuern die Tiere während der Phonotaxis auch in
Richtung dieser Testpulse. Reaktionen in C und D jeweils über 400 Reize gemittelt.
eine akustische Trachee, die hörrohrartig
von der Körperwand des Thorax in das
Vorderbein verläuft. Die linke und rechte
akustische Trachee sind mechanisch miteinander gekoppelt und dieses Design verbessert die Richtungsempfindlichkeit des Systems (Lewis 1983; Michelsen und Larsen
2008). Ungefähr 50 primäre Sinneszellen
reagieren auf akustische Reize und senden
mit ihren Axonen ihre Spikemuster in das
auditorische Neuropil im ersten thorakalen
Ganglion. Nur zwei auditorische Neurone
projizieren von hier in das Gehirn, wo
anscheinend die Erkennung des arteigenen
Gesangs (Boyan 1980; Schildberger 1984)
und die Erzeugung der Steuerkommandos
(Böhm und Schildberger 1992) für die auditorische Orientierung stattfindet. Doch wie
268
rungen darstellen. Ziel dieser Arbeiten ist
es, eine neuronale Verarbeitungsschleife,
die einem komplexen Verhalten zugrunde
liegt, von der Sensorik bis zur Motorik
auf der zellulären und der Netzwerkebene
umfassend zu verstehen.
Verhaltensanalyse auf der Laufkugel
Um die phonotaktische Orientierung der
Weibchen zu analysieren, bieten wir den
Tieren akustische Reizmuster an und messen gleichzeitig ihr Lauf- und Steuerverhalten. Die Grillen sind mit einer Halterung
fixiert und stehen auf einer leichten aber
stabilen Kunststoffkugel (Durchmesser 5.6
cm, Masse 3 gr) (Abbildung 1A). Während
des Laufens drehen sie die luftgelagerte
Kugel unter sich weg und ein optisches Sensorsystem misst die Rotation der Kugel um
die Längs- und Querachse (i.e. vorwärtsrückwärts und links-rechts-Drehung) mit
hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung.
Die Laufgeschwindigkeit und Laufrichtung
der Weibchen können aus diesen Daten
berechnet werden. (Hedwig und Poulet
2004, 2005). Das System erlaubt es, die
phonotaktische Reaktion auf eine Palette
von Reizmustern zu testen und so die
Präferenzen der Weibchen zu bestimmen
(Abbildung 1B). Das Verhalten der Weibchen ist eng auf das Zeitmuster des Lockgesangs der Männchen abgestimmt und ist
besonders ausgeprägt, wenn den Tieren
Lautpulse von ca. 20 ms Dauer mit einem
Intervall von 15-20 ms (Wiederholrate
25-30 Hz; Intensität 75 dB SPL, Frequenz
4.8 kHz) angeboten werden. Kürzere und
längere Lautpulse mit einer höheren bzw.
niedrigeren Wiederholrate, lösen keine
Phonotaxis aus. Dies hat zu der Hypothese
geführt, dass die Gesangserkennung im
Wesentlichen auf der Pulsrate des Gesangs
basiert (Thorson und Weber 1982; Weber
und Thorson 1989). Da die Tiere auf der
Laufkugel unter open loop-Bedingungen
laufen und ihre Position zur Schallquelle
nicht ändern, sind auch detaillierte Analysen des Steuerverhaltens möglich, wenn
z.B. die Richtung der akustischen Reizung
geändert wird oder nichtattraktive Testreize
in das Gesangsmuster eingefügt werden.
Eine zentrale Frage ist, für welche
Zeitdauer oder Anzahl von Lautpulsen
die Tiere das Gesangsmuster integrieren,
bis sie eine Entscheidung über die Laufrichtung fällen? Frühe Experimente mit
relativ trägen Laufkompensatoren zeigten
Richtungsänderungen erst nach Wahrnehmung eines kompletten Gesangsverses und
hatten vermuten lassen, dass die Tiere das
arteigene Lautmuster erst erkennen müssen, bevor sie die Laufrichtung wechseln.
Unsere Experimente mit Gesangsmustern,
in denen aufeinanderfolgende Lautpulse im
Wechsel von rechts oder links angeboten
werden, zeigten, dass die Tiere reflexartige
Steuerreaktionen zu einzelnen Lautpulsen
durchführen (Abbildung 1C). Die Weibchen
warten nicht ab, bis sie einen vollständigen
Vers gehört haben, sondern reagieren bereits nach dem ersten Lautpuls mit einer
Latenz von 55-60 ms mit Änderungen ihrer
Laufrichtung. Diese Zeit ist zu kurz, als dass
die Mustererkennung direkt die Richtungsentscheidung beeinflussen könnte (Hedwig
und Poulet 2004, 2005). Schließlich braucht
ein Erkennungsystem mindestens zwei
aufeinanderfolgende Lautpulse, um ihre
Wiederholrate zu bestimmen. Anschei4/08
Spektrum Sachbücher
Bildungsfutter und Lesespaß in einem!
�
Das Wissen dieser Welt
Andreas Sentker / Frank Wigger (Hrsg.)
Schaltstelle Gehirn –
Denken, Erkennen, Handeln
Können Menschen biologisch
zum Bösen veranlagt sein?
Neu!
Neu!
Neu!
1. Aufl. 2008, 372 S.,
46 Abb., geb. mit SU
u (D) 29,95 /
u (A) 30,95 / CHF 49,–
ISBN 978-3-8274-2029-9
Biologie des Bösen
Ausgehend von verstörenden Erfahrungen
in der eigenen Familie deckt die Autorin
Barbara Oakley auf, dass übel wollende
Menschen oft aufgrund von körperlichen
oder psychischen Fehlfunktionen so handeln. Sie setzt aktuelle psychologische,
neurowissenschaftliche, verhaltensbiologische und genetische Entdeckungen in
Beziehung zu den Charakteren vieler
historischer Personen (allen voran Mao,
Stalin, Hitler und Milosevic) und leitet daraus ein faszinierendes Bild vom Wirken
des Bösen in der Politik, im Geschäftsund Sozialleben, in der Religion und sogar
im privaten häuslichen Bereich ab.
Die Zeit (Hrsg.)
Das Wissen dieser Welt
Wie entsteht eine Demokratie? Wann
wurde der Mensch zum Künstler? Wie
arbeitet das Gehirn? In der größten und
aufwändigsten Serie ihrer Geschichte hat
die ZEIT 50 Wochen lang einen Kanon
der wichtigsten Begriffe aus Politik und
Wirtschaft, Natur- und Geisteswissenschaft,
Kultur und Alltag aufgestellt.
50 ZEIT-Redakteure sind um die
ganze Welt gereist – an historische
Stätten, aktuelle Brennpunkte und an
die Baustellen der Zukunft – um von
dort aus die zentralen Ideen und Erkenntnisse mit Neugier, mit Leidenschaft
und mit Kompetenz zu erforschen und
darzustellen.
1. Aufl. 2008, 294 S.,
100 Abb., geb.
u (D) 24,95 /
u (A) 25,65 / CHF 41,–
ISBN 978-3-8274-2002-2
�
Barbara Oakley
1. Aufl. 2008, 588 S., 100 Abb., geb.
u (D) 49,95/ u (A) 51,35 / CHF 77,50
ISBN 978-3-8274-2089-3
�
�
www.spektrum-verlag.de
Warum gute Menschen böse werden …
Vo m w e l t b e k a n n t e n S t a n f o r d P r i s o n
Experiment bis Abu Ghraib
Wenn die Seele Trauer trägt
e Buch
Neu!
Entstanden sind 50 Reportagen, die
das aktuelle Wissen unserer Zeit versammeln und Bildung auf einzigartige Weise
lebendig gestalten.
Das neu
1. Aufl. 2008, 184 S.,
6 Abb., geb. mit SU
u (D) 16,95 /
u (A) 17,42 / CHF 26,50
ISBN 978-3-8274-2013-8
rbig
komplett vierfa
Der Luzifer-Effekt
1. Aufl. 2008, 532 S., 26 Abb., geb. m. SU
u (D) 39,95 / u (A) 41,07 / CHF 65,–
ISBN 978-3-8274-1990-3
Was bringt gute Menschen dazu, Böses zu tun? Der renommierte
Sozialpsychologe Philip Zimbardo, Leiter des weltbekannten Stanford
Prison Experiment, erläutert in seinem neuen Buch Der Luzifer-Effekt,
wie wir alle für die Versuchungen „der finsteren Seite“ anfällig sind.
Anhand historischer Beispiele sowie seiner eigenen bahnbrechenden
Forschungen führt er detailliert aus, wie situative Kräfte und gruppendynamische Prozesse zusammenwirken können, um aus anständigen
Männern und Frauen Ungeheuer werden zu lassen.
Eine schockierende und fesselnde Studie!
Bequem bestellen:
4/08
direkt bei www.spektrum-verlag.de
per E-Mail: [email protected]
telefonisch: + 49 6221 345-0
per Fax: + 49 6221 345-4229
o
Philip Zimbardo
Depression
„Die Depression kann mit einer in schwarz gekleideten Dame verglichen werden. Wenn sie
kommt, so weise sie nicht weg, sondern bitte
sie zu Tisch als Gast und höre, was sie Dir zu
sagen hat.“. ( C.G. Jung). Dieses Bild ist das
Motto eines ungewöhnlichen Buches, in dem
Thomas Haenel, über die vielen, teils noch
unbekannten Gesichter der Depression allgemein verständlich berichtet. Haenels Buch
lädt zum Zuhören ein und zeigt auf, wie sich
Depressionen erkennen und behandeln lassen und wie man vorbeugen und Rückschläge
bewältigen kann.
von
imbard
Philip Z
Thomas Haenel
Der ZEIT-Bildungskanon
Werden wir das Gehirn je verstehen? Wissen
wir, was wir denken? Können wir unser Fühlen,
Wollen und Handeln erklären, indem wir die
chemischen und elektrischen Prozesse in den
Nervenzellen aufzeichnen und analysieren?
Dieser Band der „ZEIT WISSEN Edition“ liefert
einen schillernden Statusbericht von der neuround kognitionswissenschaftlichen Forschung.
In den zahlreichen Beiträgen zeigen Psychologen, Hirnforscher und Biologen auf, was wir
heute über die zentrale Schaltstelle Gehirn und
ihre Aufgaben wissen – und welche Rolle sie
für unser soziales Miteinander spielt. Den
Beiträgen werden Reportagen, Analysen und
Interviews namhafter ZEIT-Autoren zur Seite
gestellt. Diese ordnen die wissenschaftlichen
Positionen der Forscher in das Gesamtbild ein
und zeigen Zusammenhänge und
Widersprüche auf.
per Post: Springer Verlag Heidelberg
Kundenservice Bücher • Haberstrasse 7 • D- 69126 Heidelberg
Alle Preise zzgl. Versandkosten (D: u 3,50 / A: u 3,90 / CH: SFR 6,20, jeweils pro Lieferung). Sämtliche Preise inkl. Mehrwertsteuer. Preise unter Vorbehalt.
Der u (A)-Preis ist uns vom dortigen Importeur als Mindestpreis genannt worden. Der sFr-Preis ist eine unverbindliche Preisempfehlung.
269
nend reagieren die Tiere reflexartig auf die
Lautpulse, wenn die Phonotaxis einmal
ausgelöst ist. Die Laufrichtung wird nicht
wie ein Vektor berechnet, sondern ergibt
sich aus vielen aufeinanderfolgenden Steuerreaktionen. Die Reaktionen auf einzelne
Lautpulse könnten so interpretiert werden,
dass sich die Tiere wahllos akustischen
Signalen hinwenden. Aber dies ist nicht der
Fall, wie die Abstimmung der Phonotaxis
auf das Zeitmuster des arteigenen Gesangs
belegt. Wie ist dieser vermeintliche Widerspruch zu erklären?
Die Anpassung des phonotaktischen
Verhaltens der Weibchen an das artspezifische Lautmuster der Männchen ist
vielfach nachgewiesen worden (Weber
und Thorson 1989) - aber tatsächlich ist
diese Abstimmung dynamisch. Werden die
Weibchen mit rampenförmig ansteigenden
oder abfallenden Testpulsen von der Dauer
eines Gesangsverses beschallt, so zeigen die
Tiere kein phonotaktisches Verhalten. Wir
schließen daraus, dass diese Reize für die
Tiere nicht attraktiv sind. Werden dieselben
Testpulse jedoch in den normalen Lockgesang eingefügt, so steuern die Tiere auch auf
diese rampenförmigen Laute und zwar mit
einer Drehbewegung, die nicht kleiner ist als
die Steuerbewegungen zu den normalen Gesangsversen (Abbildung 1D). Dasselbe gilt
auch für andere Testreize, die allein keine
phonotaktische Reaktion auslösen (Poulet
und Hedwig 2005; Hedwig 2006). Die Reaktion auf solche nichtattraktiven Laute klingt
innerhalb von ca. 5 s nach der Präsentation
einer normalen Gesangssequenz vollständig
ab. Sobald die Gesangserkennung aktiviert
ist, vermindert sich also die Selektivität des
auditorischen Systems und die Amplitude
der Steuerbewegungen wird verstärkt. Die
Erkennung eines Gesangsverses ist dann
nicht mehr erforderlich, um eine Steuerreaktion auszulösen. Die Gesangserkennung
A
B
Abb. 2: (A) Bewegungen eines Vorderbeins während Phonotaxis. Das Weibchen steuert zu
Gesangsversen, die im Wechsel von links und rechts dargeboten werden. Die auf-ab- und
links-rechts- Bewegungen des linken Vorderbeins wurden gleichzeitig mit einer Photodiode gemessen. Während die auf-ab-Bewegunen unverändert bleiben, ändert das Tier die
Seitwärtsbewegungen, sobald das akustische Reizmuster aus der neuen Richtung geboten
wird. (B) Die Bewegungsspuren des Vorderbeines rekonstruiert von den gemittelten aufab- und links-rechts- Bewegungen. Zur Verdeutlichung sind die Bewegungsspuren auf die
Vorderansicht einer Grille projiziert. Bei kontralateraler Reizung greift das linke Vorderbein
weit nach rechts und zieht das Tier in Richtung der Schallquelle (B links). Bei ipsilateraler
Reizung vollführt das Bein nur minimale seitliche Bewegungen (B rechts).
270
hat daher keinen direkten sondern nur einen indirekten Einfluss auf die Erzeugung
der Steuerbewegungen. Der Vorteil dieser
dynamischen Veränderungen der auditorischen Informationsverarbeitung ist, dass
die Tiere kurzzeitig Änderungen des Lockgesangs tolerieren, die durch Störungen in
der Schallausbreitung im Biotop hervorgerufen oder durch Unregelmäßigkeiten des
Gesangsverhaltens bedingt sein können.
Sobald das arteigene Gesangsmuster allerdings für einige Sekunden ausfällt, bricht
diese Toleranz im Verhalten zusammen. Auf
neuronaler Ebenen liegt diesen Änderungen
der auditorischen Informationsverarbeitung
möglicherweise eine Bahnung oder eine
Modulation der senso-motorischen Schleife
zugrunde.
Vorderbeinbewegungen und
Richtungsänderungen des
phonotaktischen Laufens
Was sind also die Ausgangsneurone dieser
senso-motorischen Schleife, die das akustische Steuerverhalten kontrollieren? Den
schnellen Änderungen der Laufrichtung,
die mit der Laufkugel gemessen werden,
müssen entsprechende Änderungen der
Beinbewegungen zugrunde liegen, die
Drehbewegungen in Insekten kontrollieren. Um diese zu erfassen, haben wir die
Bewegungen eines Vorderbeins mit einer
positionsempfindlichen Photodiode während
der Phonotaxis gemessen. Hierfür wird eine
kleine reflektierende Scheibe an die Tibia
des Vorderbeins geklebt. Der Messpunkt
wird frontal beleuchtet und das zurückfallende Licht von einer Photodiode mit zwei
Messachsen erfasst, sodass die auf-ab- und
die links-rechts- Bewegungen des Beines
registriert werden können. Die Experimente zeigen, dass die auf-ab-Bewegungen
der Vorderbeine durchweg sehr stereotyp
durchgeführt werden und sich auch bei Änderung der Schallrichtung nicht wesentlich
ändern (Fig. 2A, B). Im Gegensatz dazu
werden die links-rechts-Bewegungen der
Vorderbeine deutlich anders ausgeführt.
Erfolgt die Schallreizung von der gleichen
Seite zu dem gemessenen Vorderbein, so
wird das Bein nach vorn gestreckt, aber nur
selten ist eine Auslenkung des Beines in
Richtung der Schallquelle zu beobachten.
Erfolgt die akustische Reizung aber von
der gegenüberliegenden Seite, so greift das
Vorderbein in der Regel vor den Kopf weit
nach kontralateral und zieht das Tier mit
der nächsten Stemmphase in die Richtung
der Schallquelle. Diese Beinbewegungen in
Richtung kontralateraler Schallquelle gehen
offensichtlich auf eine verstärkte Extension
4/08
der Vorder-Tibia zurück. Möglicherweise
sind zusätzlich auch Drehbewegungen der
Coxa daran beteiligt. Diese beiden Bewegungskomponenten können von dem Messsystem aber nicht getrennt werden. Ähnlich
wie bei der Stabheuschrecke belegen die
Daten jedoch die Bedeutung der Vorderbeine
für die Drehbewegungen der Tiere (Dürr
und Ebeling 2005; Rosano und Webb 2007).
Eine umfassende Analyse der Beinbewegung
erfolgt nun mit einer Hochgeschwindigkeitskamera, die auch die Bewegung der Mittelund Hinterbeine messen kann.
A
B
Identifizierung der Motoneurone
Die Steuerbewegungen der Vorderbeine
während der Phonotaxis weisen darauf hin,
dass zumindest die Extensor- und Flexormuskeln der Tibia an diesen Bewegungen
beteiligt sind. Wir haben deshalb die Aktivitätsmuster dieser Muskeln in laufenden
Tieren untersucht (Baden und Hedwig 2008)
und dazu feine 30 µm durchmessende Stahldrähte in den Extensormuskel implantiert.
Damit kann das Elektromyogram (EMG)
des Extensors direkt und das des Flexors
als Übersprechen mit kleiner Amplitude
indirekt registriert werden. Wenn die
Tiere laufen, zeigen diese Muskeln wie zu
erwarten eine deutliche antagonistische
Aktivierung im Laufrhythmus (Abbildung
3A). Die Aktivierung der Extensoren erfolgt
in der Schwingphase und die Aktivierung
der Flexoren in der Stemmphase der Beinbewegung. Ein Effekt der akustischen
Reizung auf die Muskelaktivität ist in
Einzelregistrierungen nicht offensichtlich
aber wird dann deutlich, wenn die Muskelaktivität in Bezug auf die akustischen
Reize gemittelt wird (Abbildung 3B). Der
Extensormuskel der Tibia wird insbesondere bei ipsilateraler akustischer Reizung
vermehrt eingesetzt und erhöht seine
Aktivitätsrate von ca. 10 AP/s auf 15 AP/s
in Phase mit den Lautpulsen. In entsprechender Weise wird der Flexormuskel bei
kontralateraler Beschallung vermehrt aktiviert. In festgelegten Tieren konnten wir die
Motoneurone dieser Muskeln identifizieren
und ihre Verzweigungsmuster im ersten
thorakalen Ganglion darstellen (Abbildung
3C). Während der Extensormuskel nur von
einem schnellen (fast) und einem langsamen
(slow) Motoneuron innerviert wird, sind an
der Flexoraktivierung mindestens fünf fast
und drei slow-Motoneurone beteiligt. Wie
bei anderen Insekten ist die Flexorinnervierung deutlich komplexer als die des Extensors der Tibia (Burrows 1996). Von den
Tibia-Motoneuronen werden insbesondere
die fast-Flexoren und der slow-Extensor
4/08
C
Abb. 3: (A) Ableitung des Elektromyograms des Extensormuskels der Vorderbein Tibia während eines phonotaktischen Laufes. Große EMG-Spikes zeigen die Aktiviät des Extensormuskels an und die kleinen Spikes zusätzlich die Aktivität des antagonistischen Flexormuskels.
Das Gesangsmuster wird in einer Folge von links und rechts angeboten. In der Ableitung
maskiert die Modulation der Muskelaktivität im Laufrhythmus die Reaktion auf die akustischen Reize. (B) Eine quantitative Analyse der Muskelaktiviät mit PST-Histogramm (linke
Achse) und Spikefrequenz (rechte Achse) zeigt eine rhythmische Modulation des Extensors
in Phase mit ipsilateraler akustischer Reizung und eine rhythmische Modulation der Flexoraktivität bei kontralateraler Reizung. (C) Struktur des slow Extensor-Tibia-Motoneurons
(SETi) und eines fast Flexor-Tibia-Motoneurons (FFTi) im ersten thorakalen Ganglion.
während der Phonotaxis aktiviert. Die
dendritischen Verzweigungen der Neurone
liegen im dorsalen Neuropil des ersten
thorakalen Ganglion und sind damit deutlich außerhalb des ventralen auditorischen
Neuropils. Lokale auditorische Eingänge,
die die Grundlage eines direkten Reflexes
von den auditorischen Neuronen zu den
Motoneuronen bilden könnten, sind somit
ausgeschlossen. Weiterhin reagieren die
tibialen Motoneurone in festgelegten Tieren
auch nicht unterschwellig auf akustische
Reize. Die Motoneurone erhalten allerdings
massive erregende polysynaptische Eingänge bei Reizung der anterioren Konnektive,
die das thorakale Ganglion mit dem Gehirn verbinden. Eine effiziente erregende
Ansteuerung der Motoneurone durch das
Gehirn ist somit zumindest möglich. Die
Kenntnis der synaptischen Aktivierung
der Motoneurone während der Phonotaxis
würde interessante Rückschlüsse auf die
auditorische Informationsverarbeitung
erlauben, doch sind intrazelluläre Ableitungen von Motoneuronen in laufenden
Grillen technisch extrem schwierig. Wir
haben daher die zellulären Eigenschaften
dieser Neurone in festgelegten Tieren näher
untersucht.
Optische Darstellung von Kalziumsignalen in tibialen Motoneuronen
Kalziumionen spielen in Neuronen eine
zentrale Rolle u.a. bei der synaptischen
Übertragung, der Aktivierung von Ionenkanälen oder der Regulierung von Genaktivität (Berridge 1998; Bootman et al. 2001;
271
A
B
C
D
Abb. 4: (A-C) Relative Änderungen der zytosolischen Kalziumkonzentration im slow
Extensor-Motoneuron (SETi) während rhythmischer motorischer Aktivität. Sowohl im
Hellfeld als auch bei der Fluoreszenzmessung können die primären und die sekundären
Neuriten optisch deutlich aufgelöst werden. Das Kalziumsignal ist für drei Regionen der
Zelle bestimmt worden. (D) Mit jeder motorischen Salve des Extensormuskels erhöht sich
die Konzentration des zytosolischen Kalziums. Diese Änderungen klingen nur langsam ab.
Das Elektromyogramm des Extensormuskels wurde genutzt, um die Spikeaktivität des
SETi-Motoneurons zu bestimmen.
Augustine et al. 2003). Das Ion ist dadurch
ein geeigneter Indikator für neuronale Aktiviät. Farbstoffe, die an Kalzium binden und
dabei ihre Fluoreszenz ändern, erlauben es,
die räumliche und zeitliche Verteilung des
zytosolischen Kalziums darzustellen und in
ruhenden und aktivierten Neuronen in vivo
zu vergleichen. Die Dendriten der tibialen
Motoneurone liegen ca. 200 µm tief im
ersten thorakalen Ganglion und erstrecken
sich parallel zu dessen dorsaler Oberfläche.
Diese strukturellen Voraussetzungen sind
günstig, um die Kalziumänderungen in
den Eingangsverzweigungen der Neurone
mit optischen Methoden zu analysieren.
Dazu haben wir Farbstoffe wie Oregon
Green BAPTA-1 in die Motoneurone mit
scharfen Mikroelektroden iontophoretisch
injiziert und die Fluoreszenzänderungen
des Farbstoffs gemeinsam mit der elektrischen Aktivität der Neurone während
rhytmischer motorischer Aktiviät analysiert
(Abbildung 4A-D). Der Motorrhythmus
wurde durch systemische Applikation von
Pilocarpin ausgelöst und das Elektromyogramm (EMG) des Muskels abgeleitet, um
die Spikeaktivität des Extensors zu erfassen. Zur Messung der Fluoreszenz diente
eine gekühlte CCD - Kamera mit einem
256 x 256 Pixel großen optischen Sensor
272
und einer Videorate von 50 Hz. Unsere
Aufnahmen zeigen deutliche Änderungen
des Fluoreszenzsignals im Rhythmus der
Extensoraktivität, die Entladungsraten bis
zu 100 Hz erreicht. Kalziumänderungen
können deutlich in den primären und den
sekunären Dendriten optisch aufgelöst werden und zeigen für verschiedenen Regionen
(Abbildung 4B) eine sehr ähnliche Dynamik
(Abbildung 4C, D). Mit jeder Motorsalve
erfolgt eine schnelle Zunahme (τ~150-200
ms) des Kalziumsignals und anschließend
eine sehr graduelle, deutlich langsamere
Abnahme des Signals (τ ~1000 ms). Erfolgen
die motorischen Salven in schneller Abfolge
wie z.B. beim Laufen, so ergibt sich eine
dauerhafte Erhöhung des Kalziumspiegels
in der Zelle, während sie bei episodischer
Aktivierung mit niedrigem Kalziumspiegel arbeiten. Ob sich daraus funktionelle
Konsequenzen für die Aktivierung der
Motoneurone, die Signalverarbeitung und
die motorische Kontrolle des Laufverhalten
ergeben, ist noch nicht vorherzusehen. In
auditorischen Neuronen von Grillen löst das
Kalzium einen Auswärtsstrom aus, der die
Zellen hyperpolarisiert und Antworten auf
akustische Reize mit niedriger Amplitude
unterdrückt (Sobel und Tank 1994; Baden
und Hedwig 2007).
Kontrolle des Laufverhaltens
durch Hirnneurone
Von zentraler Bedeutung ist die Verarbeitung der auditorischen Signale im Gehirn
der Tiere. Nur zwei aufsteigende auditorische Neurone ziehen vom auditorischen
Neuropil im ersten thorakalen Ganglion in
das Protocerebrum, wo die Erkennung des
Gesangsmusters und die Kontrolle des phonotaktischen Verhaltens stattfindet. Im Gehirn gibt es kein offensichtlich abgegrenztes
Neuropilgebiet, das ausschließlich der Verarbeitung auditorischer Reize zugewiesen
wäre. Lokale Hirnneurone, die auditorische
Reizmuster in unterschiedlicher Weise abbilden, haben weitläufige Verzweigungsmuster
im protocerebralen Neuropil (Boyan 1980;
Schildberger 1984). Um einen Zugang zur
Gesangserkennung und die Generierung der
Steuerkommandos zu erhalten, registrieren
wir die Aktivität einzelner Hirnneurone,
während die Tiere auf der Kugel laufen und
auditorische Reizmuster präsentiert werden
(Abbildung 5A). Wir erwarten, dass nur in
solchen Tieren, die tatsächlich Phonotaxis
zeigen, die entscheidenden auditorischen
Netzwerke auch funktionell aktiviert sind.
Für diese Experimente wird die Kopfkapsel
festgelegt und einzelne Hirnneurone werden
mit scharfen Mikroelektroden abgeleitet. Die
Aktivitätsmuster der Neurone können so in
stehenden und in laufenden Tieren registriert
werden. Wird durch intrazelluläre Strominjektion die Spikeaktivität der Neurone
moduliert, so kann geprüft werden, ob dies
Änderungen im Verhalten der Tiere zur Folge
hat und es erlaubt die funktionelle Bedeutung
der Neurone zu beschreiben. Wir konnten
mehrere Interneurone identifizieren, die
an der Kontrolle des Laufens beteiligt sind
oder während des Laufens aktiviert werden
(Böhm und Schildberger 1992; Staudacher
2001). Das Interneuron in Abbildung 5B hat
Dendriten hauptsächlich im posterioren Proto- und Deutocerebrum. Im Tritocerebrum
haben die Verzweigungen die Erscheinung
von axonalen Kollateralen, sodass hier
bereits eine Ausgangsregion des Neurons
vorliegt. In Bezug zum Zellörper verläuft das
Axon im ipsilateralen Konnektiv.
Das Neuron war nicht aktiv in stehenden
Tieren, aber Spikes traten auf sobald das Tier
spontan anfing zu laufen. Akustische Reize
hatten keinen Effekt auf die Neuronaktiviät.
Wenn das Interneuron mit 2.5 nA depolarisiert wurde, erhöhte sich die Spikerate auf
ca. 200 Hz und die Grille steuerte deutlich
zur Seite des absteigenden Axons, solange
die Neuronäktiviät durch den Strompuls
erhöht wurde (Abbildung 5C). Die Steuerbewegung folgte in ihrer Amplitude deutlich
4/08
dem Verlauf der erhöhten Spikeaktivität. Die
Aktivität des Interneurons war also hinreichend, um Steuerbewegungen auszulösen
aber nicht notwendig, da Drehbewegungen
auch auftraten, wenn das Neuron hyperpolarisiert wurde. Dieses Interneuron kann
daher Teil eines Netzwerkes sein, das die
motorischen Kommandos für die Phonotaxis
an die thorakalen Ganglien weiterleitet. Der
entscheidende Test steht jedoch noch aus,
d.i. diese Neurone während phonotaktischen
Verhaltens abzuleiten, um zu zeigen dass
sie tatsächlich durch auditorische Reize
angetrieben werden.
A
B
Ausblick
Das phonotaktische Verhalten von Grillen
umfasst eine senso-motorische Schleife, in
der artspezifische Kommunikationssignale
erkannt werden und ein gerichtetetes Laufverhalten auslösen. Wir haben mittlerweile
eine gute Kenntniss der auditorischen Bahn
und beginnen die motorische Kontrolle des
Laufverhaltens und der Steuerbewegungen
zu verstehen. Nun kommt es darauf an, die
zentrale und entscheidende Verbindung
zwischen der Eingangs- und den Ausgangsneuronen des phonotaktischen Netzwerkes
im Gehirn aufzuklären.
Literatur
Hedwig, B. und Poulet, J.F.A. (2004): Complex
auditory behaviour emerges from simple reactive steering. Nature 430: 781-785.
Hedwig, B. und Poulet, J.F.A. (2005): Mechanisms underlying phonotactic steering in the
cricket Gryllus bimaculatus (de Geer) revealed
with a fast trackball system. J Exp Biol 208:
915-927.
Poulet, J.F.A. und Hedwig, B. (2005): Auditory
orientation in crickets: Pattern recognition controls reactive steering. PNAS 102: 4717-4725.
Hedwig, B. (2006): Pulses, patterns and paths:
neurobiology of acoustic behaviour in crickets.
J Comp Physiol A 192: 677-689.
Baden, T. und Hedwig, B. (2007): Neurite specific
Ca2+ dynamics underlying sound processing
in an auditory interneurone. J Neurobiol 67:
68-80.
Baden, T. und Hedwig, B. (2008): Front Leg
Movements and Tibial Motoneurons underlying
auditory steering in the cricket (Gryllus bimaculatus de Geer). J Exp Biol 211: 2123-2133.
Eine vollständige Literaturliste kann bei den
Autoren angefordert werden.
Danksagung
Die Arbeiten wurden unterstützt vom BBSRC, der Royal Society, dem Newton Trust
Cambridge und dem Cambridge European
4/08
am Institut für Entomologie des Nationalen
Instituts für Biologie in Ljubljana unter
Leitung von Prof. Dr. Andrej Čokl. Seit
2005 Postdoc am Department of Zoology/
Cambridge in der Arbeitsgruppe von B.
Hedwig.
Dr. Tom Baden: Von 2001-2004 Studium
der Naturwissenschaften und Neurowissenschaften an der Universität Cambridge.
Seit 2004 Doktorand in der Arbeitsgruppe
von B. Hedwig mit erfolgreichem Abschluss
im April 2008. Er ist nun Postdoc im Labor
von Dr. Leon Lagnado am MRC-LMB in
Cambridge.
C
Abb. 5: (A) Versuchsaufbau zur Messung
der Aktivität von Hirnneuronen in laufenden
Grillen. (B) Ein Hirnneuron mit einem
absteigenden Axon und dendritischen Verzweigungen im dorsalen Hirnbereich. (C)
Aktivierung des Neurons mit einem depolarisierenden Strompuls erhöht die Aktivität
des Neurons auf ca 150 AP/s und löst
gleichzeitig eine deutliche Drehbewegung
zu der Seite aus, auf der das Axon verläuft.
Trust. M. Knepper danken wir für die Weiterentwicklung von NEUROLAB.
Kurzbiografien
Dr. Berthold Hedwig: 1974 bis 1979
Biologie-Studium an der Universität Köln.
Doktorarbeit am I. Zoologischen Institut
der Universität Göttingen von 1980-1985.
Danach Akademischer Rat und Hochschulasisstent an der Universität Göttingen und
Habilitation im Jahr 1993. Von 1994-1997
Heisenberg-Stipendiat der DFG mit Forschungsaufenthalten bei H. Römer/Graz und
M. Burrows/Cambridge. Ab 1997 Lecturer
und nun Reader in Neuroscience am Department of Zoology/Cambridge.
Dr. Maja Zorovic: Studium der Biologie
an der Universität Ljubljana/Slovenien.
Diplomarbeit in der Abteilung Zoologie und
Ökotoxikologie. Magister und Doktorarbeit
Dr. Berthold Hedwig
University of Cambridge, Dept. of Zoology
Downing Street, Cambridge, CB2 3EJ, UK
Tel.: +44 (0)1223 336 651
Fax: +44 (0)1223 330 934
Einladung zur
Mitgliederversammlung
auf der 8. Göttinger
Tagung der
Neurowissenschaftlichen
Gesellschaft
(26. – 29. März 2009)
Termin: Samstag, 28. März 2009,
12.00 – 13.00 Uhr
Vorläufige Tagesordnung:
1. Begrüßung durch den Präsidenten
2. Bestätigung des Protokolls der letzten Mitgliederversammlung
3. Bericht des Schatzmeisters
4. Mitteilungen
5. Bericht zur Göttinger Tagung
6. Wahl des neuen Vorstandes
7. Aktivitäten der Gesellschaft
8. Verschiedenes
Vorschläge für weitere Tagesordnungspunkte reichen Sie bitte bis spätestens
1. März 2009 bei der Geschäftsstelle ein.
Gesellschaft e.V.
Max-Delbrück-Centrum für
Molekulare Medizin (MDC)
Robert-Rössle-Str. 10, 13092 Berlin
273
Die Rolle der Histon-Acetylierung
für Lernen und Gedächtnis
Entscheidend für die Zugänglichkeit und
somit für die Transkription ist daher die
Struktur des Chromatins.
Steffen Benjamin Eggert Wolff und Kerry L. Tucker
Zusammenfassung
Veränderungen in der Genexpression spielen eine wichtige Rolle in der Plastizität
des Gehirns und damit in seiner Fähigkeit zu lernen und Erinnerungen zu speichern.
Modifikationen der Chromatinstruktur, allen voran Histon-Acetylierung, konnten
dabei als entscheidende regulatorische Faktoren identifiziert werden. So nimmt das
Zusammenspiel zwischen Histon-Acetyltransferasen und Histon-Deacetylasen eine
zentrale Rolle in vielen kognitiven Prozessen ein. Der Übergang vom Kurz- zum Langzeitgedächtnis, die Rekonsolidierung von Erinnerungen und die Plastizität des visuellen
Kortex werden genauso von der Histon-Acetylierung reguliert wie das Suchtverhalten
bei chronischer Kokaingabe. All diese Phänomene beruhen auf der koordinierten Transkription spezifischer Gene, die durch die Änderungen der Chromatinstruktur gesteuert
wird. Die hier zusammengestellten Ergebnisse zu der Rolle der Histon-Acetylierung in
diesen Lern- und Gedächtnisvorgängen tragen zum Verständnis ihrer grundlegenden
Mechanismen bei. Solche Erkenntnisse können auf lange Sicht auch Möglichkeiten für
Therapien von Störungen dieser Prozesse aufzeigen.
Abstract
The role of histone acetylation in learning and memory
Changes in gene expression play an important role in the plasticity of the brain and its
capacity to learn and remember. In addition to transcription factors that bind to DNA
in a sequence-specific fashion, chromatin-modifying enzymes have been identified as
crucial regulators of gene transcription. The acetylation of histones and the interplay
of histone acetyltransferases and deacetylases have been recently shown to play a
prominent role in several cognitive processes. The transition from short to long-term
memory, memory reconsolidation and the plasticity of the visual cortex, as well as the
effects of chronic cocaine exposure are all regulated by histone acetylation. A flurry of
recent studies has begun to identify the genes whose expression changes in response to
changes in histone acetylation levels, and these findings are not only helping to understand the basic mechanisms of these phenomena, but they may also offer a means for
therapeutic approaches in certain cognitive disorders .
Key words: histone acetylation; learning; memory; HDAC; HAT
Einleitung
Eine der erstaunlichsten Eigenschaften des
Gehirns ist seine Plastizität – und damit
seine Fähigkeit zu Lernen. Die Stimulation
von Neuronen ruft zunächst kurzfristige
Veränderungen in ihren Synapsen hervor
– erzeugt durch die Modifikation bereits
vorhandener Proteine und Strukturen.
Informationen aus diesem Kurzzeitgedächtnis können auch in das sogenannte
Langzeitgedächtnis übergehen, sodass sie
nicht schon nach Minuten wieder verloren
werden, sondern über längere Zeiträume
präsent und abrufbar sind. Für solch tiefergehende dauerhaftere Plastizität bedarf
es jedoch einer Synthese zusätzlicher Proteine. In einem hochgradig koordinierten
274
Zusammenspiel der Genexpression werden
die molekularen Voraussetzungen für die
Modulation der Verknüpfungen zwischen
den Neuronen und damit für die Plastizität
des Gehirns festgelegt. Entscheidend für
die Koordination dieses Prozesses ist die
Regulation der Transkription. Neuere Forschungsergebnisse haben mehr und mehr
dazu beigetragen, unser Bild von dieser
Regulation ganz neu zu zeichnen. Nicht
nur die Aktivität von Transkriptionsfaktoren
und anderen Aktivierungs- oder Repressionsmolekülen spielt eine Rolle, sondern
auch die Zugänglichkeit der Gene selbst.
Voraussetzung für die Expression ist die
sterische Erreichbarkeit der spezifischen
DNA - Abschnitte für die Transkriptionsmaschinerie und für weitere Regulatoren.
Abb. 1: Histon-Modifikationen. Kovalente
Modifikationen der aminoterminalen Histonfortsätze spielen eine wichtige Rolle in vielen zellulären Prozessen. Sie können sowohl
die Struktur des Chromatins beeinflussen
und dadurch die Zugänglichkeit der DNA regulieren, als auch Nicht-Histon-Proteine an
die DNA rekrutieren. Acht unterschiedliche
Typen von Histon-Modifikationen sind bekannt: Acetylierung (Ac), Phosphorylierung
(PO4), Methylierung (Me), Deiminierung
(DeI), ADP-Ribosylierung (ADPR), ProlinIsomerisierung (PI), Ubiquitinierung (Ub)
und Sumoylierung (Sumo).
Das Chromatin ist der Komplex, den die
DNA mit den Histonen und einigen anderen
Proteinen bildet, und der eine effiziente Verpackung der DNA im beschränkten Raum
des Zellkerns ermöglicht. Daneben ist aber
vor allem die Rolle des Chromatins in der
transkriptionellen Regulation von großem
Interesse. In den letzten Jahren sind daher
gerade Modifikationen der Histonproteine
ins Blickfeld der Forschung gerückt, da
diese die Zugänglichkeit der DNA durch
eine Auf lockerung oder Erhöhung der
Packungsdichte beeinflussen können. Die
vier Kernhistone H2A, H2B, H3 und H4,
die das Oktamer, die Grundeinheit des
Chromatins, um die die DNA gewunden ist,
bilden, haben charakteristische aminoterminale Fortsätze, die reich an Lysinresten
sind. Diese Reste können durch Bindung
von ein, zwei oder gar drei Methylgruppen
oder einer Acetylgruppe modifiziert werden. Eine große Zahl weiterer kovalenter
Modifikationen der Fortsätze der Kernhistone ist bekannt, wie die Addition von
Phosphatgruppen oder kleiner Proteine
wie Ubiquitin und SUMO (Kouzarides
2007) (Abbildung 1). Am besten erforscht
ist neben der sehr stabilen Methylierung vor
allem die Acetylierung der Histone. Diese
4/08
Steffen B. E. Wolff und Kerry L. Tucker
wird durch zwei entgegengesetzt wirkende
Enzymgruppen gesteuert – die sogenannten
Histon-Acetyltransferasen (HATs) und die
Histon-Deacetylasen (HDACs). Während
die HATs Histone acetylieren und damit eine
Auflockerung des Chromatins bewirken, die
zu einer Aktivierung der Transkription führt,
entfernen HDACs Acetylgruppen, erzeugen
eine Kondensation des Chromatins und
reprimieren dadurch die Gentranskription
(Abbildung 2). Neben der direkten Wirkung
auf die Chromatinstruktur können die Modifikationen auch weitere transkriptionelle
Regulatoren und Chromatin verändernde
Komplexe rekrutieren und bilden so eine
Art epigenetische Oberfläche, die spezifisch
interpretiert werden kann.
Obwohl eine Beteiligung der Transkription und DNA bindender Transkriptionsfaktoren an der synaptischen Plastizität schon
seit vielen Jahren bekannt ist, zeichnet sich
eine essenzielle Rolle der Chromatin modifizierenden Enzyme in diesen Prozessen erst in
den letzten Jahren ab. Wie immer deutlicher
wird, spielt dabei die Acetylierung der Histone eine kritische Rolle in verschiedenen
Lern- und Gedächtnisvorgängen. In dem
vorliegenden Review sollen die neuesten
Erkenntnisse über diese Zusammenhänge
überblicksartig dargestellt werden.
der nukleären Ca2+- Konzentration und der
Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors
CREB (cAMP response element binding
protein) resultiert (Milner et al. 1998).
Das somit aktivierte CREB kann an die
Promotoren seiner Zielgene binden und
deren Transkription auslösen (Abbildung
3). Zusätzlich kann aktiviertes CREB die
HAT CBP (CREB-binding protein) an den
jeweiligen Promotor rekrutieren. Damit CBP
seine HAT-Aktivität entfalten kann, muss
es selbst durch die Ca2+-aktivierte CaMKIV
(Ca 2+/calmodulin dependent kinase IV)
phosphoryliert werden (Chawla et al. 1998;
Impey et al. 2002). Nach Rekrutierung an
den Promoter kann aktiviertes CBP die
zugehörigen Histone acetylieren, was durch
die Dekondensation des Chromatins die
Transkription von Genen, die für die weitere
Plastizität wichtig sind, erleichtert (Guan
et al. 2002; Alarcon et al. 2004; Korzus et
al. 2004).
Die kritische Rolle von CBP in diesem
Prozess konnte mithilfe zweier Mausmodelle
gezeigt werden, in denen die Expression
von CBP reduziert oder seine enzymatische
Aktivität durch Mutation entfernt wurde.
Sowohl in dem heterozygoten Knock-Out als
auch in der transgenen Maus war das Kurzzeitgedächtnis intakt, während Langzeit-
gedächtnisprozesse deutlich eingeschränkt
waren. Weiterhin konnte in diesen Modellen
auch die Bedeutung der Balance zwischen
HATs und HDACs bestätigt werden, da
die unzureichende Funktion der HAT CBP
durch eine pharmakologische Blockade
ihrer Gegenspieler, der HDACs, kompensiert werden konnte (Alarcon, Malleret et
al. 2004; Korzus, Rosenfeld et al. 2004).
Neben ihrer direkten Aktivität haben CREB
und CBP auch eine Plattformfunktion. Sie
können Elemente der basalen Transkriptionsmaschinerie an das Zielgen rekrutieren,
was den Beginn der Transkription ermöglicht
(Alarcon et al. 2004; Korzus et al. 2004).
Die auf diese Weise durch CREB und CBP
regulierten Zielgene tragen in einem stark
koordinierten Prozess zur synaptischen
Plastizität und somit zur Etablierung des
Langzeitgedächtnisses bei.
In Abwesenheit eines entsprechenden
anregenden Stimulus muss die Transkription
dieser Gene jedoch verhindert werden, um
die Spezifität der Plastizität zu gewährleisten. Auch für diesen inhibierenden Mechanismus ist die Histon-Acetylierung möglicherweise relevant. In nicht-neuronalen
Zellen konnte gezeigt werden, dass HDAC1
einen Komplex mit der Phosphatase PP1
(Protein phosphatase 1) bilden kann, wel-
Acetylierung im Übergang vom Kurzzum Langzeitgedächtnis
Synaptische Plastizität wird als zelluläres
Korrelat für Lernen und Gedächtnisvorgänge angesehen. Das bedeutet, beobachtbares
Lernverhalten liegt begründet in Veränderungen des synaptischen Schaltplans
bestimmter Hirnareale und lässt sich somit
auf zelluläre Vorgänge zurückführen. Die
synaptische Plastizität gliedert sich in eine
frühe und eine späte Phase. Während in der
frühen Phase bereits vorhandene Proteine
modifiziert werden, basiert die späte Phase
auf der Expression zusätzlicher Proteine, die
Modifikationen der synaptischen Stärke oder
das Entstehen bzw. den Verlust ganzer Synapsen steuern. Die späte Phase der synaptischen
Plastizität ist die Voraussetzung für die Konsolidierung von Erinnerungen und damit für
das Langzeitgedächtnis selbst (Milner et al.
1998). In klassischen Modellen für Lernprozesse, die auf dem Phänomen der Long-term
potentiation (LTP) im Hippocampus, einem
für viele Lernprozesse entscheidenden Hirnareal, basieren, wird die Plastizität durch
synaptische Aktivität ausgelöst, die zu einer
Aktivierung von NMDA-Rezeptoren und
damit zu einem Einstrom von Ca2+-Ionen
in die Neurone führen. Dies wiederum löst
eine Signalkaskade aus, die in einem Anstieg
4/08
Abb. 2: Antagonistische Funktionen von HATs und HDACs in der Chromatinkondensation.
Die kompakte Verpackung der DNA wird hauptsächlich durch die Interaktionen mit den
Histon-Oktameren erreicht. Die positiv geladenen Lysinreste der Histonfortsätze kompensieren die negativen Ladungen des DNA-Rückgrates und erlauben so die enge Packung
der DNA. Acetylierung (ac) der Histonfortsätze durch Histon-Acetyltransferasen (HATs)
maskiert die positiven Ladungen und behindert dadurch die DNA-Kondensation. Dekondensierte DNA ist zugänglich für Nicht-Histon-Proteine wie die Transkriptionsmaschinerie.
Histon-Deacetylasen (HDACs) entfernen die Acetylgruppen, erlauben dadurch die Kondensation des Chromatins und lösen so eine Inhibition der Transkription aus.
275
Abb. 3: Die Rolle von CREB und CBP in der synaptischen Plastizität. Synaptische Aktivität führt zu einem Einstrom von Ca2+ durch NMDA-Rezeptoren, was eine Signalkaskade
auslöst, die zur Phosphorylierung und Aktivierung von CREB führt. CREB bindet an die
Promotoren seiner Zielgene und aktiviert deren Transkription. Weiterhin rekrutiert CREB
die HAT CBP, die nach Aktivierung durch CaMKIV die Histone der CREB-Zielgene acetylieren und dadurch die Transkription erleichtern kann. So wirken CREB und CBP bei der für
die Plastizität nötigen Transkription zusammen.
cher wiederum in der Lage ist mit CREB zu
assoziieren. Hierdurch wird nicht nur CREB
durch Dephosphorylierung deaktiviert, sondern auch die Histone der CREB Zielgene
werden deacetyliert, sodass die Transkription
effektiv verhindert wird (Canettieri et al.
2003). Die inhibierende Aktivität von PP1
wird ebenfalls durch Veränderungen der
Chromatinstruktur reguliert. In Folge eines
entsprechenden Stimulus kommt es zu einer
Aktivierung von DNA-Methyltransferasen
(DNMTs). DNMTs sind eine weitere Klasse
Chromatin modifizierender Enzyme, die für
die Addition von Methylgruppen an Cytosinreste in der Erkennungssequenz CpG in der
DNA Doppelhelix verantwortlich zeichnen.
Symmetrisch methylierte CpG Sequenzen
werden wiederum von einer Familie von Proteinen, zu der auch MeCP2 gehört, erkannt,
welche HDACs und andere Chromatin modifizierende Enzyme rekrutieren können, um
effektiv die Gentranskription zu blockieren.
Auf diese Weise können DNMTs durch spezifische Methylierung auch die Expression
von PP1 unterdrücken, was in der Folge die
Aktivität von CREB und somit die beschriebenen Mechanismen der Gedächtnisbildung
276
erlauben könnte (Abbildung 4) (Miller und
Sweatt 2007). Ein weiterer Hinweis auf
ein Zusammenwirken von Acetylierung
und DNA-Methylierung findet sich auch in
der Aktivierung von DNA-Demethylasen
durch einen entsprechenden Stimulus. Die
so katalysierte DNA-Demethylierung positiver Plastizitätsregulatoren ermöglicht die
Acetylierung der Zielgene und steigert so
ihre transkriptionelle Aktivität (Miller und
Sweatt 2007).
Acetylierung in der Kompensation von
Langzeitgedächtnisdefekten
Histon-Acetylierung scheint auch eine wichtige Rolle bei der Ausbildung der neuronalen
Verschaltungen, die im Zuge der Plastizität
und beim Ablegen von Gedächtnisinhalten
entstehen, zu spielen - vermutlich durch
Beeinflussung der Synaptogenese. Dies
konnte von Fischer et al. mithilfe einer
transgenen Mauslinie gezeigt werden, die
ein charakteristisches Symptom vieler
neurodegenerativer Erkrankungen wie
Alzheimer simuliert, nämlich die Zerstörung kortikaler Neurone, dem vermutlichen
Speicherort von Langzeiterinnerungen. In
Alzheimerpatienten akkumuliert eine pathogene, überaktive Form von p25, einem
Aktivator der Kinase cdk5, was durch verschiedene Mechanismen Neurodegeneration
hervorruft. In dem verwendeten Mausmodell
führte die induzierbare Überexpression von
p25 zu einem Verlust von Neuronen und
Synapsen (Fischer et al. 2007). Korreliert mit
der Neurodegeneration waren assoziatives
Lernen und das räumliche Gedächtnis stark
beeinträchtigt. Eine deutliche Verbesserung
der Lern- und Gedächtnisleistungen zeigte
sich jedoch bei Tieren, die nach Induktion
der p25-Expression in einer anregenden
Umgebung gehalten wurden. Außerdem war
eine klare Steigerung der Zahl der Synapsen
im Hippocampus zu beobachten, während
der Verlust der Neurone jedoch nicht kompensiert wurde. Eine weitere, entscheidende
Beobachtung war der starke Anstieg der
Acetylierung der Histone H3 und H4 bei
den in anregender Umgebung gehaltenen
Tieren. Umgekehrt konnten Fischer et al.
nicht nur zeigen, dass eine pharmakologische
Inhibition der HDAC-Aktivität und damit
ein erhöhter Acetylierungsgrad die Lern- und
Gedächtnisleistungen von normalen Mäusen
verbessert, sondern vor allem auch, dass
HDAC-Inhibition die von p25 ausgelösten
Beeinträchtigungen kompensieren konnte,
sogar, nachdem die Neurodegeneration
bereits eingetreten war. Dieser Effekt der
HDAC - Inhibition korrelierte auch mit einer
erhöhten Synaptogenese im Hippocampus.
Eine Inhibition von HDACs ahmte also die
Effekte der anregenden Umgebung nach.
Die Autoren gingen auch der Frage nach,
ob der beobachtete Verlust von Erinnerungen
aus dem Langzeitgedächtnis auf einem
tatsächlichen Verlust der Erinnerung durch
das Sterben von Neuronen beruhte, oder
ob nur der Zugang zu den Erinnerungen
blockiert war. Hierzu behandelten sie
Tiere nach Training und p25-Induktion mit
HDAC-Inhibitoren oder brachten sie in eine
anregende Umgebung. Beide Behandlungen
erlaubten den Tieren einen Zugriff auf die
in Kontrolltieren blockierten Erinnerungen
und damit deutlich bessere Leistungen in
den Verhaltenstests. Somit konnte diese
Studie zeigen, dass die Histon-Acetylierung
eine entscheidende Rolle in der neuronalen
Verschaltung spielt. Dies geht sogar so weit,
dass Modulationen der Histon-Acetylierung
den Zugang zu zwar im Kortex präsenten,
aber durch Probleme in der hippocampalen
Verschaltung blockierten Erinnerungen
wiederherstellen können. Dies könnte auf
mögliche Therapieansätze für neurodegenerative Erkrankungen, basierend auf einer
Acetylierungs-Modifikation, hindeuten.
4/08
Steffen B. E. Wolff und Kerry L. Tucker
Acetylierung in der
Gedächtnisrekonsolidierung
Nicht nur in der Bildung und Stabilisierung
von Langzeiterinnerungen ist die HistonAcetylierung ein entscheidender Faktor.
Auch in der Rekonsolidierung von Gedächtnisinhalten nach deren Abruf scheint die
Acetylierung ganz wesentlich zu sein. Nach
dem Abrufen von Gedächtnisinhalten ist die
Expression spezifischer Gene notwendig,
um die Erinnerungen wieder zu festigen
und erneut zu speichern. Das Fehlen der
Rekonsolidierung führt zu einem Verlust
der Erinnerungen nach deren Abruf. Im
Modellsystem der kontextuellen Angstkonditionierung von Ratten konnten Lubin und
Sweatt (Lubin und Sweatt 2007) zeigen, dass
das Zusammenspiel zwischen Elementen des
NFκB-Signalweges und der Acetylierung der
Histone bestimmter Gene eine entscheidende
Rolle in der Rekonsolidierung einnimmt. In
diesem Zusammenhang tut sich besonders
die oberhalb von NFκB wirkende IκBKinase (IKK) hervor. Durch die spezifische
pharmakologische Inhibition der IKK konnte
gezeigt werden, dass sie während des Abrufens von Gedächtnisinhalten sowohl eine
Rolle in der Phosphorylierung der Histone
von Genen wie zif268, die für die Rekonsolidierung wichtig sind, spielt, als auch in
der Rekrutierung von CBP und damit in der
Aktivierung der Transkription dieser Gene.
Die Inhibition der IKK führt somit zu einer
mangelnden Expression der notwendigen
Rekonsolidierungsgene und somit zu einem
Verlust der Erinnerungen. Dass tatsächlich
die fehlende Acetylierung der Histone
hierbei entscheidend ist, konnte durch den
Einsatz von HDAC - Inhibitoren gezeigt
werden. Indem diese die Deacetylierung der
Histone pharmakologisch verhinderten und
somit eine Akkumulation der Acetylierung
und in Folge die Transkription erlaubten,
konnte die Rekonsolidierung trotz Inhibition
der IKK stattfinden.
Eine Schlüsselrolle in der Vermittlung dieser
Effekte scheinen dabei Transkriptionsfaktoren der Fos - Familie einzunehmen. Eine
entscheidende Modifikation des Chromatins
ist dabei die Acetylierung von Histonen. Die
hierdurch hervorgerufene Aktivierung der
Transkription von Zielgenen ist offenbar
ein wichtiges Element in den Wirkungen des
Kokains. Die lang anhaltenden Änderungen
in der Chromatinstruktur der Zielgene, die
den Kokaineffekt vermitteln wie BDNF oder
Cdk5, sind entscheidend für die Entwicklung
der Abhängigkeit und damit für den „Lerneffekt“. Der Hauptort dieser Änderungen ist
das Striatum, welches für die belohnungsund lokomotionsaktivierenden Wirkungen
des Kokains verantwortlich zeichnet.
Ein Beispiel für die Regulation von Zielgenen durch Kokain ist die Aktivierung von
Cdk5. Chronische Kokaingabe führt zur Akkumulation des Transkriptionsfaktors ΔfosB.
Dieser lagert sich an den Cdk5 - Promotor
an und bewirkt dessen Aktivierung (Kumar
et al. 2005). Verstärkt wird dies durch die
zusätzliche Rekrutierung von HATs und die
folgende Histon-Acetylierung. Zusätzlich
kommt es zu einer gesteigerten Rekrutierung
des Chromatin-Remodelling-Komplexes
SWI-SNF, der ebenfalls eine Dekondensation und verstärkte transkriptionelle Aktivität
hervorruft. Eine ganz entscheidende Rolle in
der Reaktion auf Kokain spielen offenbar
auch die HDACs. So führt eine spezifische
pharmakologische Inhibition der HDACs im
Nucleus accumbens des Striatums zu synergistischen Effekten mit chronischer Kokaingabe (Kumar et al. 2005; Renthal et al. 2007).
Die zusätzlich gesteigerte Acetylierung der
Histone bewirkt eine erhöhte Expression der
Zielgene des Kokains und ihre Akkumulation bei chronischer Gabe. Dies verstärkt die
durch chronische Kokaingabe induzierte
Sensibilität und die entsprechenden Effekte
(Renthal et al. 2007). Dies betrifft sowohl
die biochemischen als auch die Verhaltensänderungen wie die lokomotorische Aktivität
oder die Belohnungseffekte. Bemerkenswert
hierbei ist, dass eine akute Gabe von Kokain
zu einer Acetylierung des Histons H4 führt,
während eine chronische Gabe die Acetylierung von H3 bewirkt. Dieser Wechsel in
der Acetylierung beruht wahrscheinlich auf
der Assoziation verschiedener HATs und
HDACs mit den Zielgenen. Die Relevanz der
Sucht und Histon-Acetylierung
Neben all den beschriebenen physiologischen
Prozessen stehen Lern- und Gedächtnisvorgänge auch im Zusammenhang mit unerwünschten Effekten und Krankheiten. Auch
hier spielen offenbar Strukturveränderungen
des Chromatins eine große Rolle. So ist die
Abhängigkeit von Drogen ebenfalls eine
Spielart des Gedächtnisses. Kumar et al.
(2005) konnten zeigen, dass die Regulation
der Genexpression einer der Haupteffekte
von Kokain ist. Die sehr langlebigen Regulationseffekte deuten dabei vor allem auf
Modifikationen der Chromatinstruktur hin.
4/08
Abb. 4: Die Rolle der Histon-Acetylierung in der Inhibition von CREB. Die Inhibition CREBaktivierter Transkription in Abwesenheit eines anregenden Stimulus sichert die Spezifität
der synaptischen Plastizität. Ein Komplex aus HDAC1 und der Phosphatase PP1 kann
aktiviertes CREB binden. Dies führt zu dessen Dephosphorylierung und Inaktivierung und
zusätzlich zu einer Deacetylierung der CREB - Zielgene. Beides verhindert effektiv eine
Transkription dieser Gene. Die Aktivität von PP1 selbst kann wiederum durch Veränderungen der Chromatinstruktur blockiert werden. Durch einen Stimulus aktivierte DNAMethyltransferasen (DNMTs) können die Expression von PP1 durch Methylierung des
PP1-Gens verhindern und somit CREB-Aktivität erlauben.
277
unterschiedlichen Acetylierung der Histone
H3 und H4 ist bislang jedoch völlig unklar
und es bedarf noch intensiver Forschung, um
die transkriptionellen Konsequenzen dieser
spezifischen Modifikationen zu verstehen.
Als entscheidender molekularer Schalter
für den Übergang zwischen akuten und chronischen Effekten hat sich dabei HDAC5 hervorgetan (Renthal et al. 2007). Chronische
Kokaingabe inhibiert in Mäusen spezifisch
die Funktion von HDAC5. Entsprechend
zeigten die von Renthal et al. verwendeten
HDAC5 Knock-Out-Tiere eine erhöhte
Sensibilität für Kokain. Im Gegensatz bewirkt eine künstliche Überexpresssion von
HDAC5 (und auch von HDAC4 (Kumar et
al. 2005)) im Nucleus accumbens des Striatums eine Minderung der Kokaineffekte
(Renthal et al. 2007). Diese Erkenntnisse
über die Rolle von HDACs in der Kokainabhängigkeit könnten in Zukunft für die
Entwicklung gezielter Therapien genutzt
werden, in denen mit der kokaininduzierten
Acetylierung der Histone interferiert wird.
Plastizität im visuellen Kortex
Neben der beschriebenen Rolle der HistonAcetylierung bei Lernvorgängen im Hippocampus und in der Amygdala, wie der
Angstkonditionierung, spielt sie auch bei
einem anderen Lernvorgang eine Rolle
– bei der Plastizität des visuellen Kortex
(Putignano et al. 2007). Versuche, die die
Auswirkungen visueller Deprivation auf
die Augendominanz untersuchen, haben
gezeigt, dass der visuelle Kortex sowohl
eine hohe anatomische als auch funktionelle
Plastizität aufweist. Diese Plastizität besteht
jedoch nur in einer kritischen postnatalen
Phase, während sie im erwachsenen Kortex
nicht mehr zu beobachten ist. Eine Rolle in
diesem unterschiedlichen Verhalten scheint
auch hier die Acetylierung von Histonen zu
spielen. In der kritischen Phase bewirken
visuelle Stimuli eine verstärkte Acetylierung
der Promotoren von plastizitätsrelevanten
Genen. Dies führt zu einer Anregung der
Transkription dieser Gene und damit zu ihrer
funktionellen Aktivierung, welche für die
Entwicklung von Plastizität notwendig ist.
Putignano et al. konnten zeigen, dass diese
Acetylierung in adulten Hirnen nicht mehr
stattfindet (Putignano et al. 2007). Neben anderen Aspekten, die sich zwischen kritischer
Phase und adulter Phase unterscheiden, wie
der Phosphorylierung von Histonen und dem
Grad CREB-vermittelter Genexpression,
scheint gerade diese differenzielle Acetylierung von Histonen für den Verlust der
Plastizität entscheidend zu sein. Dies wird
deutlich in Experimenten, in denen adulte
278
Tiere mit pharmakologischen HDAC - Inhibitoren behandelt werden. Diese Behandlung
führt zu einer Wiedergewinnung der Plastizität im adulten visuellen Kortex. Solcher
Art behandelte Tiere reagieren in visuellen
Deprivationsversuchen mit eindeutigen Änderungen in der Augendominanz. Die künstlich erhöhte Acetylierung scheint somit die
Situation in der kritischen Phase zu imitieren
und dadurch Plastizität zu erlauben. HDACs
als zentrale Regulatoren der Acetylierung
haben somit einen unmittelbaren Einfluss auf
diese Form der neuronalen Plastizität.
Zusammenfassung und Ausblick
Die Acetylierung der Histone spielt eine
entscheidende Rolle in Lern- und Gedächtnisvorgängen. Der Expression von Genen
und damit der exakten Regulation transkriptioneller Vorgänge kommt dabei eine entscheidende Bedeutung zu. Es hat sich hierbei
gezeigt, dass nicht nur Transkriptionsfaktoren selbst relevant sind, sondern dass die
Chromatinstruktur von maßgeblicher Bedeutung ist. Modifikationen der Struktur – und
gerade auch die Histon-Acetylierung – haben
großen Einfluss darauf, ob die Transkription
stattfinden kann und somit, ob Gedächtnisvorgänge ablaufen können. Dabei kommt
der Chromatinstruktur eventuell sogar selbst
die Rolle einer Art „Gedächtnis“ zu, indem
sie an einer temporalen Integration räumlich
verteilter Signale, also an einer Metaplastizität der Synapsen beteiligt ist. Die Aufklärung
der genauen Rolle der Histon-Acetylierung
in Gedächtnisvorgängen ist von hohem Interesse. Nicht nur vom wissenschaftlichen
Standpunkt aus ist das Verständnis dieser
grundlegenden Vorgänge wichtig, sondern
es ist auch von hoher klinischer Relevanz.
Die Modulierung der Chromatinstruktur
verspricht Möglichkeiten zur Therapie neurodegenerativer Erkrankungen, die dringend
benötigt werden (Fischer et al. 2007).
Noch ist jedoch vieles ungeklärt und die
Forschung hält mit Sicherheit noch zahlreiche Überraschungen zur Rolle der HistonModifizierungen in Lern- und Gedächtnisvorgängen bereit. Die allermeisten der hier
präsentierten Ergebnisse wurden überhaupt
erst dadurch ermöglicht, dass HDACs recht
leicht pharmakologisch inhibiert werden
können. Andere wichtige Histon - Modifikationen, wie die Phosphorylierung oder die
Methylierung, sind nicht so einfach pharmakologisch spezifisch zu modulieren. Es bedarf daher zukünftiger Untersuchungen von
Knock-Out-Mäusen mit Defekten in einzelnen Chromatin modifizierenden Enzymen,
um auch die Rolle dieser Modifikationen in
den oben beschriebenen Prozessen gezielt zu
untersuchen. Es ist also anzunehmen, dass
bei der momentanen Rasanz, in der neue
Entdeckungen auf diesem Gebiet gemacht
werden, wir schon bald deutlich mehr über
das komplexe Zusammenspiel der einzelnen
Faktoren und Modifikationen in der Plastizität wissen und vielleicht auch schon bald
erste gezielte Eingriffe zur Modulation der
Vorgänge im menschlichen Gehirn möglich
sein könnten.
Literatur
Alarcon, J.M., Malleret, G., Touzani, K., Vronskaya, S., Ishii, S., Kandel, E.R. und Barco, A.
(2004): Chromatin acetylation, memory, and LTP
are impaired in CBP+/- mice: a model for the
cognitive deficit in Rubinstein-Taybi syndrome
and its amelioration. Neuron 42: 947-59.
Canettieri, G., Morantte, I., Guzman, E., Asahara,
H., Herzig, S., Anderson, S.D., Yates, J.R., 3rd
und Montminy, M. (2003): Attenuation of a
phosphorylation-dependent activator by an
HDAC-PP1 complex. Nat Struct Biol 10:
175-81.
Chawla, S., Hardingham, G.E., Quinn, D.R. und
Bading, H. (1998): CBP: a signal-regulated
transcriptional coactivator controlled by nuclear
calcium and CaM kinase IV. Science 281:
1505-9.
Fischer, A., Sananbenesi, F., Wang, X., Dobbin, M.
und Tsai, L.H. (2007): Recovery of learning and
memory is associated with chromatin remodelling. Nature 447: 178-82.
Guan, Z., Giustetto, M., Lomvardas, S., Kim, J.H.,
Miniaci, M.C., Schwartz, J.H., Thanos, D. und
Kandel, E.R. (2002): Integration of long-termmemory-related synaptic plasticity involves
bidirectional regulation of gene expression and
chromatin structure. Cell 111: 483-93.
Impey, S., Fong, A.L., Wang, Y., Cardinaux, J.R.,
Fass, D.M., Obrietan, K., Wayman, G.A.,
Storm, D.R., Soderling, T.R. und Goodman,
R.H. (2002): Phosphorylation of CBP mediates
transcriptional activation by neural activity and
CaM kinase IV. Neuron 34: 235-44.
Korzus, E., Rosenfeld, M.G. und Mayford, M.
(2004): CBP histone acetyltransferase activity is
a critical component of memory consolidation.
Neuron 42: 961-72.
Kouzarides, T. (2007): Chromatin modifications
and their function. Cell 128: 693-705.
Kumar, A. et al. (2005): Chromatin remodeling is
a key mechanism underlying cocaine-induced
plasticity in striatum. Neuron 48: 303-14.
Lubin, F.D. und Sweatt, J.D. (2007): The IkappaB
kinase regulates chromatin structure during
reconsolidation of conditioned fear memories.
Neuron 55: 942-57.
Miller, C.A. und Sweatt, J.D. (2007): Covalent
modification of DNA regulates memory formation. Neuron 53: 857-69.
Milner, B., Squire, L.R. und Kandel, E.R. (1998):
Cognitive neuroscience and the study of memory. Neuron 20: 445-68.
Putignano, E., Lonetti, G., Cancedda, L., Ratto, G.,
Costa, M., Maffei, L. und Pizzorusso, T. (2007):
4/08
Developmental downregulation of histone
posttranslational modifications regulates visual
cortical plasticity. Neuron 53: 747-59.
Renthal, W. et al. (2007): Histone deacetylase 5
epigenetically controls behavioral adaptations to
chronic emotional stimuli. Neuron 56: 517-29.
Danksagung
Die Autoren danken Prof. Dr. Hilmar Bading
für ausführliche Kommentare zum Manuskript. Unsere Arbeiten werden durch Mittel
der Deutschen Forschungsgemeinschaft
(SFB 488, Teilprojekt B7), der Universität
Heidelberg und der Studienstiftung des
Deutschen Volkes (S.B.E.W.) gefördert.
Kurzbiografien
Kerry L. Tucker: geb. 12.10.1968 in Massachusetts, U.S.A. Studium der Biochemie
am Harvard College. Doktorarbeit bei
Prof. Dr. Rudolf Jaenisch, Massachusetts
Institute of Technology, Cambridge, Mass.,
U.S.A. Postdoc am Max-Planck-Institut
für Neurobiologie, Martinsried, und am
Friedrich-Miescher-Institut, Basel, im
Labor von Prof. Dr. Yves-Alain Barde.
Seit Okt. 2003 Nachwuchsgruppenleiter im
SFB 488 an der Ruprecht-Karls-Universität
Heidelberg und Mitglied des Interdisziplinären Zentrums für Neurowissenschaften
(IZN).
Steffen B. E. Wolff: geb. 20.08.1982 in
Emden, Deutschland. Studium der molekularen Biotechnologie an der RuprechtKarls-Universität Heidelberg mit Forschungsaufenthalt bei Prof. Dr. Paul Worley
an der Johns Hopkins Universitiy in Baltimore, U.S.A. Stipendiat der Studienstiftung
des Deutschen Volkes. Masterarbeit zum
Thema „Nuclear-cytoplasmic shuttling of
ARTIKEL DES QUARTALS
Vorgestellt von Carsten T. Wotjak, AG „Neuronale Plastizität“, Max-Planck-Institut für
Psychiatrie, Kraepelinstr. 2, 80804 München
Neuropeptide S-mediated control of
fear expression and extinction: role
of intercalated GABAergic neurons in
the amygdala
Kay Jüngling, Thomas Seidenbecher, Ludmila Sosulina, Jörg Lesting, Susan Sangha, Stewart
D. Clark, Naoe Okamura, Dee M. Duangdao, Yan-Ling Xu, Rainer K. Reinscheid und HansChristian Pape
Erschienen in: Neuron 59: 298-310 (2008)
Angststörungen gehören zu den häufigsten
psychiatrischen Erkrankungen des Menschen. Ihre Behandlung basiert vorwiegend
auf der Gabe von Benzodiazepinen (die den
Einstrom von Chloridionen über GABA ARezeptoren verstärken) und selektiven
Serotoninwiederaufnahmehemmern. Zudem
kommen kombinierte kognitive und verhaltenstherapeutische Ansätze zur Anwendung,
die auf der Konfrontation der Patienten mit
angstauslösenden Stimuli und dem Bewältigen des sich hieran anschließenden negativen
Affekts basieren.
4/08
Angst- und Furchtzustände gehen mit
der Aktivierung phylogenetisch älterer
Strukturen des Säugergehirns einher.
Eine herausragende Rolle spielt in diesem
Zusammenhang der Mandelkern (Amygdala), eine komplexe Ansammlung von
Kerngebieten, die in unterschiedliche Aspekte des Emotionalverhaltens einbezogen
sind. Homologien in anatomischen und
neurochemischen Substraten zwischen dem
Menschen auf der einen und Laborratten
bzw. Labormäusen auf der anderen Seite
gestatten es, grundlegende Prinzipien der
histone deacetylases and its role in neurogenesis“ unter Betreuung von Dr. Kerry L.
Tucker und Prof. Dr. Stefan Wölfl. Seit 2008
Promotion am Friedrich-Miescher-Institut
in Basel und der Universität Basel in der
Gruppe von Prof. Dr. Andreas Lüthi.
Dr. Kerry L. Tucker
Interdisziplinäres Zentrum für Neurowissenschaften (IZN)
der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 307
69120 Heidelberg
Tel.: +49 (0)6221 54 8687
Fax: +49 (0)6221 54 4952
www.izn.uni-heidelberg.de/index.php?
option=com_content&task=view&id=81&
Itemid=257
Entstehung und Überwindung von Angst
im Tiermodell zu untersuchen.
Ontogenetisch und histologisch wird bei
der Amygdala zwischen kortikalen und
striatalen Bestandteilen unterschieden.
Sensorische Reize gelangen über thalamische und kortikale Bahnen zunächst in
kortikale Bereiche, d.h. zur lateralen (LA)
und basolateralen Amygdala (BLA). Beide
Kerngebiete projizieren zum zentralen
Kern der Amygdala (engl. central nucleus
of the amygdala oder kurz central amygdala,
CeA), der histochemisch große Ähnlichkeit
mit anderen Strukturen des ventralen Striatums aufweist. Die CeA ist die zentrale
Ausgangsstelle für die Generierung defensiver Antworten auf verschiedenen Ebenen,
seien es Angstverhalten (Bewegungsstarre,
Schreckreaktionen oder Fluchtreaktionen),
Veränderungen in autonomen Parametern
(Blutdruck, Herzschlag, Aktivierung von
Schweißdrüsen) oder die Sekretion von
Stresshormonen.
Wurde der Begriff „Amygdala“ bereits zu
Beginn des 19. Jahrhunderts geprägt, so wurde den Wissenschaftlern erst in den letzten
zehn Jahren in zunehmendem Maße bewusst,
dass Bestandteile der kortikalen Amygdala
von einer Reihe GABAerger Interneuronen
gleich einem Saum eingefasst werden, der
sie lateral von neokortikalen Regionen und
medial von der CeA trennt. Die Neuronen
dieser Zellpopulation werden als interkalierte
Neuronen (engl. intercalated bzw. paracapsular neurons) bezeichnet (Abbildung 1A).
Die interkalierten Neuronen empfangen
Afferenzen vom Präfrontalkortex und der LA
279
und senden Efferenzen zur CeA. Dies legt
den Schluss nahe, dass ihnen eine wichtige
Rolle bei der Orchestrierung von Angst- und
Furchtverhalten zukommen könnte. Die
beiden Forschergruppen um Hans-Christian
Pape von der Universität Münster und Rainer
Reinscheid von der University of California
(Irvine) sind mit ihrer jüngsten Publikation
der Entschlüsselung der physiologischen
Relevanz der interkalierten Neuronen einen
entscheidenden Schritt näher gekommen.
Ihnen gelang der Nachweis, dass das erst
kürzlich von der Gruppe Reinscheid identifizierte, aus 20 Aminosäuren bestehende
Neuropeptid S (NPS; Xu et al. 2004), bei
lokaler Applikation in die laterale Amygdala
(Abbildung 2A) sowohl angeborenes (Abbildung 2B) als auch erworbenes Angst- und
Furchtverhalten (Abbildung 2C) reduziert.
Die Autoren demonstrieren ferner, dass NPS
seine Effekte spezifisch über die Modulation
der Aktivität der interkalierten Neuronen zu
vermitteln scheint.
Um angeborenes, angstähnliches Verhalten im Tiermodell messen zu können,
werden die Tiere in eine Konfliktsituation
A
gebracht, in der sie – ihrer Neugier folgend
– geschützte Areale der Testapparatur
verlassen müssen, um neue Territorien zu
erkunden. Die Motivation hierfür resultiert
aus der Suche nach Nahrung, Fluchtmöglichkeiten, Sozialpartnern und potenziellen
Fressfeinden. Aus der Intensität der Exploration der ungeschützten Areale lassen sich
Rückschlüsse auf das Angstverhalten der
Tiere ziehen, wobei sich ängstliche Tiere
in der Regel in der Nähe von Wänden und
in dunklen Kompartimenten auf halten,
wohingegen weniger ängstliche auch die
exponierten, in der Regel offenen und
hell erleuchteten Gebiete aufsuchen. Die
Applikation von NPS in die laterale Amygdala bewirkte, dass die Labormäuse das
offene Zentrum der Testbox deutlich mehr
explorierten als die Kontrolltiere (Abbildung 2B). Wurden hingegen die örtlichen
NPS-Rezeptoren durch einen selektiven
Antagonisten blockiert, so hielten sich die
Tiere unverhältnismäßig lange im sicheren
Randbereich auf (Abbildung 2B). Anders
als bei einer intrazerebroventrikulären
Behandlung (Xu et al. 2004), bei der das
B
Abb 1: Neuropeptid S (NPS) verstärkt die synaptische Aktivierung von GABAergen Neuronen in der Amygdala. A. Funktionelle Organisation der Amygdala. Das laterale Kerngebiet
(LA) fungiert als Haupteingangsstation für sensorische und aversive Signale, das zentrale
Kerngebiet (CeA) stellt die Hauptausgangsstation für die verarbeiteten Signale und die Vermittlung der Furchtexpression im Verhalten dar. Zwischen den Hauptkerngebieten bilden
Gruppen von „interkalierten“ GABAergen Neuronen wichtige Elemente der synaptischen
Signalverarbeitung. B. Modell der spezifischen Wirkung von NPS im synaptischen Netzwerk der Amygdala. NPS Rezeptoren (NPS-R) sind in LA Projektionsneuronen lokalisiert,
die synaptisch mit dem medialen Anteil an interkalierten GABAergen Neuronen (mpara)
verbunden sind. Wie die Originalspuren zeigen (whole cell patch-clamp Registrierung in
identifizierten Neuronen im Schnittpräparat der Amygdala der Maus in vitro), führt die
Gabe von NPS zu einer Verstärkung glutamaterger postsynaptischer Ströme in eben diesen
GABAergen Neuronen. In Folge der verstärkten Aktivierung der medialen interkalierten
GABAergen Neuronen kommt es zu einer verstärkten Inhibition der Projektionsneuronen
der CeA, was in einer Reduktion des Angst- und Furchtverhaltens resultieren kann.
280
gesamte Gehirn mit NPS überschwemmt
wird, hatte die lokale Gabe von NPS bzw.
des NPS-Rezeptorantagonisten keinen Einfluss auf die allgemeine Aktivität, was die
spezifische Einbeziehung von NPS in die
Regulation des Angstverhaltens auf Ebene
der LA nahe legt. Ähnliche Ergebnisse
ergaben sich im Zusammenhang mit der
Extinktion konditionierter Furcht. Hierbei
lernen die Tiere zunächst, ein neutrales
Tonsignal mit einem aversiven Reiz zu
assoziieren. Werden die Tiere anschließend erneut dem Tonsignal ausgesetzt, so
zeigen sie – in Erwartung des aversiven
Reizes -Furchtverhalten. Mit wiederholter
Tonexposition lernen die Tiere jedoch, dass
das vorhergesagte unangenehme Erlebnis
ausbleibt. Als Resultat dieses Umlernprozesses fällt die Furchtantwort zunehmend
geringer aus, nimmt jedoch bei Tongabe im
ursprünglichen Konditionierungskontext
wieder zu (Wiederherstellung; Abbildung
2C). Dies verdeutlicht, dass es im Zuge der
Extinktion des aversiven Gedächtnisinhaltes nicht zum Auslöschen der ursprünglichen Gedächtnisspur kommt, sondern
zur Bildung eines neuen, inhibitorischen
Gedächtnisses. Die lokale Gabe von NPS
in die LA zwei Stunden vor Beginn des Extinktionstrainings (d.h. zu einem Zeitpunkt,
zu dem NPS – wie die Autoren zeigen konnten – keine unmittelbaren Auswirkungen
auf angeborenes Angstverhalten mehr hat)
beschleunigte die Extinktion, ohne jedoch
anhaltende Effekte auf die Ausprägung
des Furchtgedächtnisses am nächsten Tag
zu haben (Abbildung 2C). Die Applikation
des NPS-Rezeptorantagonisten hingegen
hatte akut und einen Tag nach Behandlung
im Extinktionstraining (Abbildung 2C)
ein erhöhtes Furchtverhalten zur Folge.
Der weitgehend parallele Verlauf der Extinktionskurven der drei Gruppen wirft
jedoch die Frage auf, ob NPS neben dem
Umlernprozess nicht auch die Ausprägung
des Furchtgedächtnisses beeinflusst.
In einer Reihe eleganter und aufschlussreicher Experimente gingen die Autoren
anschließend der neuronalen Signatur
der NPS-Effekte auf den Grund. Unter
Verwendung konditionaler Mausmutanten
mit spezifischer Expression des Enhanced
Green Fluorescence Proteins (EGFP) in
Interneuronen konnten sie zeigen, dass
NPS spezifisch die Erregung von interkalierten Interneuronen aus dem medialen
Bereich erhöht (Abbildung 1B), ohne einen
ähnlichen Einfluss auf interkalierte Interneuronen aus dem lateralen Bereich bzw.
auf lokale Interneuronen der LA zu haben.
Überraschenderweise scheint NPS seine
Wirkung über NPS-Rezeptoren zu vermit4/08
teln, die sich präsynaptisch auf glutamatergen Prinzipalneuronen der LA befinden,
wobei die Bindung an NPS-Rezeptoren,
die zur 7-transmembranalen G-Protein
gekoppelten Rezeptorfamilie gehören, die
Freisetzung von Glutamat fördert (Fig. 1B).
Dies erklärt auch, warum die Expression der
NPS-Rezeptoren in eben jenen Prinzipalneuronen, nicht jedoch in den verschiedenen
Klassen von Interneuronen, nachgewiesen
werden konnte. In einem abschließenden
Experiment zeigten die Autoren, dass die
durch NPS verstärkte Aktivierung der
interkalierten Interneuronen des medialen
Bereiches eine verstärkte Inhibition von
Projektionsneuronen der CeA zur Folge
hat (Fig. 1B). Berücksichtigt man, dass
die LA die zentrale Eingangsstation und
die CeA die zentrale Ausgangsstation der
Amygdala sind, so erscheint es mehr als
wahrscheinlich, dass NPS seine angst- und
furchtdämpfenden Effekte über eben diesen
Mechanismus ausübt.
Zusammengefasst ist den Autoren ein
spektakulärer Durchbruch in Hinblick
auf unser Verständnis der Regulation von
Angst- und Furchtverhalten in der Amygdala gelungen. NPS und sein Rezeptor liefern
sicherlich einen äußerst vielversprechenden
Ansatz für die Entwicklung neuer Pharmaka zur Behandlung von Angststörungen, die
das bisherige Portfolio an Wirkprinzipien
herkömmlicher Anxiolytika um einen
neuen Mechanismus erweitern (Okamura
und Reinscheid 2007). Der Weg hierhin
ist jedoch noch weit, vor allem, wenn man
berücksichtigt, dass die Effekte von NPS
in der Amygdala noch weitaus komplexer
sein dürften, als in der Arbeit beschrieben
(siehe z.B. Meis et al. 2008). Ich bin mir
jedoch sicher, dass wir auch in näherer
Zukunft Großes auf diesem Gebiet von der
Arbeitsgruppe um Hans-Christian Pape,
der bereits im letzten Jahr (gemeinsam
mit Ray Dolan vom University College
London) den Max-Planck-Forschungspreis
für seine bahnbrechenden Untersuchungen
zu zellulären und molekularen Grundlagen
von Furcht und Furchtgedächtnis erhalten
hat, erwarten dürfen.
Literatur
Meis, S., Bergado-Acosta, J. R., Yanagawa, Y.,
Obata, K., Stork, O.und Munsch, T. (2008):
“Identification of a neuropeptide S responsive
circuitry shaping amygdala activity via the
endopiriform nucleus”, PLoS.ONE., vol. 3,
no. 7, p. e2695.
Okamura, N. und Reinscheid, R. K. (2007):
“Neuropeptide S: a novel modulator of stress
and arousal”, Stress., vol. 10, no. 3, pp. 221226.
4/08
A
B
C
Abb 2: NPS in der Amygdala induziert anxiolytische Effekte und erleichtert die Extinktion
konditionierter Furcht. A. Das histologische Präparat verdeutlicht, dass fluoreszenzmarkiertes (Cy3) NPS, das lokal in die Laterale Amygdala (LA) der Maus appliziert wurde, vor
allem im Bereich der LA nachzuweisen ist, ohne in nennenswerten Konzentrationen in die
Basolaterale Amygdala (BLA) bzw. die Zentrale Amygdala (CeA) zu diffundieren. B. Rolle
von exogenem und endogenem NPS auf das Angstverhalten im Offenfeld (Open Field)-Test.
Dieser Test gestattet nicht nur Aussagen über die allgemeine lokomotorische Aktivität,
sondern auch über angstähnliches Verhalten, wobei sich ängstliche Tiere vor allem in
der Randzone der Testbox aufhalten, wohingegen weniger ängstliche Tiere verstärkt das
Zentrum der Testbox erkunden. Wie die Bewegungspfade repräsentativer Tiere verdeutlichen, erkunden Mäuse, denen NPS in die LA appliziert wurde, das Zentrum der Versuchsapparatur in stärkerem Maße als kontrollbehandelte Mäuse (NaCl). Werden hingegen die
NPS-Rezeptoren durch die lokale Gabe eines spezifischen Antagonisten (SHA68) blockiert,
so halten sich die Tiere verstärkt im Randbereich auf. Diese Ergebnisse legen den Schluss
nahe, dass sowohl exogenes als auch endogenes NPS angstlösende Wirkungen auf Ebene
der LA haben. C. Konditionierte Furchtantworten nehmen während des Extinktionslernens
ab (Extinktion) und können kontextabhängig wieder hergestellt werden. Lokales NPS in
der Amygdala hat keine Veränderungen der initialen konditionierten Furchtantworten zur
Folge, bewirkt jedoch eine beschleunigte Furchtextinktion. Der NPS-Antagonist (SHA68)
induziert hingegen eine Beeinträchtigung der Furchtextinktion. Dargestellt sind die
Mittelwerte (+/- S.E.M.) der Furchtantworten („freezing“) in Mäusen nach Pawlowscher
Furchtkonditionierung (* p < 0.05, ** p<0.01).
Xu, Y. L., Reinscheid, R. K., Huitron-Resendiz, S.,
Clark, S. D., Wang, Z., Lin, S. H., Brucher, F. A.,
Zeng, J., Ly, N. K., Henriksen, S. J., de Lecea,
L.und Civelli, O. (2004): “Neuropeptide S: a neuropeptide promoting arousal and anxiolytic-like
effects”, Neuron, vol. 43, no. 4, pp. 487-497.
Kurzbiografien
Kay Jüngling: 1997 bis 2002 Studium der
Biologie an der Ruhr-Universität Bochum
mit dem Schwerpunkt Zellbiologie. Von
2002 bis 2006 Promotion in Biologie an
der Ruhr-Universität Bochum in der Arbeitsgruppe von Dr. K. Gottmann. Titel der
Dissertation: „Molekulare Mechanismen
von Synaptogeneseprozessen“. Während der
Promotion Stipendiat im DFG Graduiertenkolleg 736: „Development and Plasticity of
the Nervous System“.
Anschließend Post-Doc bei K. Gottmann
an der Heinrich-Heine-Universität Düssel-
dorf. Seit Mitte 2006 Post-Doc bei Prof.
H.-C. Pape an der Westfälischen WilhelmsUniversität Münster.
281
Interdisziplinäres Kolleg
Thomas Seidenbecher: 1981-1986 Studium der Biologie an der Martin-LutherUniversität Halle-Wittenberg (Diplom:
„Untersuchungen zum Einfluss der Gruppengröße auf Enzymaktivitäten in der
Niere der Labormaus“). 1989-1995 Doktorarbeit am Institut für Neurobiologie und
Hirnforschung in Magdeburg (Promotion:
„Modulation der LTP im Hippocampus
der Ratte durch appetitive und aversive
Stimuli“). 1996-2004 Postdoktorand am
Institut für Physiologie der Otto-vonGuericke- Universität Magdeburg bei Prof.
H.-C. Pape. Seit 2005 Postdoktorand am
Institut für Physiologie I der Westfälischen
Wilhelms-Universität in Münster (Untersuchungen neuronaler Aktivitäten für die
Organisation von Furchtgedächtnis und
Extinktion).
Hans-Christian Pape: hat Biologie an
der Ruhr-Universität Bochum studiert, in
der Abteilung für Neurophysiologie von
Ulf Eysel an der Medizinischen Fakultät
promoviert (1986) und in Physiologie habilitiert (2003). Er war von 1994 bis 2004
Direktor des Institutes für Physiologie
an der Otto-von-Guericke-Universität
Magdeburg und dort Sprecher des SFB
426 „Limbische Strukturen und Funktionen“. Seit Ende 2004 leitet er das Institut
für Physiologie I (Neurophysiologie) an
der Westfälischen Wilhelms-Universität
Münster, wo er 2008 den transregionalen
SFB-TRR58 „Furcht, Angst, Angsterkrankungen“ gemeinsam mit Christian Büchel/
Hamburg und Jürgen Deckert/Würzburg
initiierte und als Sprecher vertritt. Auszeichnungen: 1990 Bennigsen-Förderpreis
NRW, 1993 Heisenberg-Stipendium der
DFG, 1997 Forschungspreis der Otto-vonGuericke-Universität Magdeburg, 1999
Gottfried-Wilhem-Leibniz-Preis der DFG,
2006 Lehrer des Jahres Universität Münster, 2007 Max-Planck-Forschungspreis.
IK2009 – Rhythm and Timing
6. – 13. März, 2009 Günne/Möhnesee
Das Interdisziplinäre Kolleg (IK) ist ein
jährliches einwöchiges Frühjahrsseminar
einem intensiven aktuellen Kursprogramm in den Fächern Neurobiologie,
Neuroinfor matik, Kognitionswissenschaften / Psychologie, Künstliche Intelligenz, Robotik und Philosphie. Es richtet
sich an Studenten, Doktoranden und Wissenschaftler. Die Kombination von Geisteswissenschaften, Naturwissenschaften
und Technologie führt zu einem lebendigen Dialog und neuen Vernetzungen
zwischen den einzelnen Disziplinen. Die
Teilnehmer kommen hauptsächlich aus
Europa, die Dozenten aus der ganzen
Welt. Kurssprache ist Englisch. Die Kurse
umfassen aktuelle Einführungen in die
Hauptbereiche sowie Spezialkurse aus den
verschiedenen Disziplinen zum Fokusthema, welches jedes Jahr wechselt. Und
nicht zuletzt ist das IK ein einmaliges soziales Event. An den Abenden können die
Teilnehmer die sehr spezielle Atmosphäre
genießen: beim Bier, in der Jam-Session,
beim Tischtennis, an der Kegelbahn oder
im Schwimmbad können die Querver282
bindungen des Tages aufgenommen und
vertieft werden.
Fokus Thema: Rhythm and Timing
Wir leben: wir atmen, wir laufen, wir sprechen und denken – unser ganzes Dasein entfaltet sich im Fluss der Zeit. Dies ist so trivial
und gleichzeitig schwer zu verstehen. Das
IK 2009 stellt sich den wissenschaftlichen
Fragen zum Thema Zeit. Die Kurse umfassen
die Vielfalt des Rätsels Zeit: Biologische
Uhren und Rhythmen, Zeitverarbeitung in
biologischen und künstlichen neuronalen
Netzen, Sprache und soziale Interaktion,
Oszillation und Synchronisation in Neuronen, Hirnen, Körpern und Gesellschaften,
Metrum in Musik und Tanz, Subjektive
Erfahrung von Zeit, Planen, Handeln und
Entscheiden in Systemen künstlicher Intelligenz, Bedeutung der Zeit in Physik und
Philosophie. Verschiedene Methodenkurse
zeigen wissenschaftliche Ansätze zum Behandeln der Zeit. Praktika in Musik, Tanz
und Kunst bilden ein bodenständiges Gegengewicht zur geballten Theorie.
Detaillierte Informationen und Anmeldung
über www.ik2009.de
Frühbucher-Rabatt bis 11. Januar 2009!
Dr. med. Thomas Kammer
Klinik für Psychiatrie und
Psychotherapie III
Universität Ulm
Leimgrubenweg 12
89075 Ulm
Tel.: +49 (0)731 500-61544
Fax: +49 (0)731 500-61542
4/08
Interview
Neurobiologie – die Sachwalterin
einer „zivilen Evolution“?
Ein Interview von Rosemarie Grantyn
Professor Gerhard Neuweiler, der langjährige
Inhaber des Lehrstuhls für Zoologie und
vergleichende Anatomie an der LudwigMaximilians-Universität München, hat uns,
bereits schwer an Leukämie erkrankt, vom 11.
bis 13. März 2008 ein ausführliches Interview
gewährt. Die folgende Kurzfassung konnte
von ihm nicht mehr autorisiert werden. Wir
hoffen jedoch, dass es in seinem Sinne ist,
wenn wir ihn hier so erscheinen lassen, wie
er uns in diesen letzten Gesprächen gegenüber
trat, souverän, gelassen, ja heiter. Wir werden
den Wissenschaftler und Mensch Gerhard
Neuweiler nie vergessen!
: Herr Neuweiler, Ihr wissenschaftlicher Weg beschränkte sich auf nur
drei Stationen – die Universitäten Tübingen,
Frankfurt und München…
Gerhard Neuweiler: Ja, auch in dieser Hinsicht bin ich ein Begünstigter meiner Zeit,
ich musste meine Energie nicht auf die Anpassung an immer neue Orte verschwenden
und konnte mein Leben lang an dem bereits in
jungen Jahren gewählten Thema arbeiten.
: Wollten Sie denn schon „immer“
Forscher werden?
Gerhard Neuweiler: Keineswegs! Als
Sohn eines Volksschullehrers in Nagold im
Schwarzwald geboren, wäre mir ein solcher
Wunsch vermessen vorgekommen. Aber das
intensiv beobachtende Erleben der Natur
zu allen Jahreszeiten, besonders auf dem
täglichen Weg zu meinem Gymnasium in
Calw, war schon allein durch das Vorbild
meines Vaters selbstverständlich und weckte
den Wunsch, biologischen Fragen auf den
Grund zu gehen. So stand für mich sehr früh
fest, dass ich mich dem Studium der Naturwissenschaften zuwenden würde, allerdings
zunächst mit dem Ziel, Gymnasiallehrer zu
werden.
: Sie haben in Tübingen Biologie,
Chemie, Physik und Biochemie studiert und
ihr Studium 1962 mit einer Promotionsarbeit
zum Thema „Bau und Leistung des Auges
bei dem Flughund Pteropus giganteus“ abgeschlossen. Hatten Sie mit Ihrem Doktorvater
Professor Franz Peter Möhres einen guten
Lehrer und Mentor gefunden?
4/08
Gerhard Neuweiler: Franz Peter Möhres
war insofern sehr wichtig, als er mich –
zunächst etwas widerstrebend, muss ich
wohl sagen - an das Thema der Echoortung
heranführte. Auch fand ich an seinem Lehrstuhl für Zoologie in Tübingen meine erste
Arbeitsstelle. Gleichzeitig verkörperte er
einen Typ von Ordinarius, der mir in jenen
späten sechziger Jahren überhaupt nicht
mehr zeitgemäß erschien, er provozierte
geradezu den Rebellen in mir!
: Beschreiben Sie doch mal, wie
es in den späten Sechzigern so zuging an
der Uni Tübingen!
Gerhard Neuweiler: Nun, meine Wahrnehmung war vor allem die Wahrnehmung
eines jungen Mannes, der mit modernen
Geräten aussagekräftige elektrophysiologische Experimente zum Hören und zur
Echoortung machen wollte. Ich erwartete,
dass sich der Ordinarius auch um die für
die Forschung notwendige Infrastruktur
kümmert und die wissenschaftlichen Ambitionen seiner Schüler fördert und unterstützt. Das war jedoch nicht in dem Maße
der Fall, wie ich mir das gewünscht hatte.
Mitunter kam sogar das Gefühl auf, dass
verknöcherte Universitätsstrukturen den
jungen Wissenschaftlern meiner Generation
die Flügel stutzten. Deshalb bäumte ich
mich dagegen auf…
: … und Sie schrieben jenen
legendären Artikel in der „Zeit“ (1967),
wo Sie ganz vehement die Umsetzung einer
Hochschulreform einklagten. Es heißt dort
wörtlich: „Die absolutistischen Machtbefugnisse eines Ordinarius werden (nach wie
vor) verbissen verteidigt!“
Gerhard Neuweiler: Ja, ich war damals
Vorsitzender des Vereins Tübinger Assistenten und schrieb mir in diesem Artikel
meinen Frust vom Leibe! Hatte gar nicht
damit gerechnet, dass „Die Zeit“ meinen
Brief auch publizieren würde. Das war dann
aber doch der Fall, mit dem Verweis, dass
sich hier erstmals ein wissenschaftlicher
Assistent, ein Vertreter des „akademischen
Mittelbaus“, zu Worte meldete.
: Um was genau ging es Ihnen?
Prof. Neuweilers wissenschaftliches Interesse galt zeitlebens dem auditorischen
System der Fledermäuse, speziell den
Mechanismen der Echoortung, wobei es
ihm gelang, Ansätze der Verhaltensökologie, vergleichenden Anatomie, Elektrophysiologie und Systemtheorie zu verknüpfen.
Von 1993 bis 1994 war er Vorsitzender
des Wissenschaftsrates und hat in dieser
Funktion ganz wesentlich zur Neuordnung
der Forschungslandschaft in den neuen
Ländern beigetragen.
Gerhard Neuweiler: Es ging vor allem um
flachere Hierarchien als Grundvoraussetzung
für effektivere Forschung. Es schien mir,
dass die alten Ordinarien Sparsamkeit und
Bescheidenheit der Untergebenen vor allem
deshalb als oberste Tugend priesen, weil sie
sich nicht um die Finanzierung und zeitgemäße Organisation der universitären Forschung kümmern wollten. So nahm ich das
in die eigenen Hände, wollte dann aber auch
die volle Kontrolle der Forschungsthematik
und ihrer experimentellen Umsetzung.
: Woher kamen letztlich die Mittel für Ihre Forschung in Tübingen?
Gerhard Neuweiler: Ich hatte das große
Glück, und es war dies für meine Entwicklung als Wissenschaftler wirklich
entscheidend, dass ich als noch junger Assistent einen heute vielleicht undenkbaren
Vertrauensvorschuss von Seiten der Stiftung
Volkswagenwerk erhielt, indem mir die
damals astronomische Fördersumme von
nahezu einer halben Million DM gewährt
wurde. Diese Förderung löste an meinem
Institut große Aufregung aus, weil sofort
erkennbar wurde, dass mit der finanziellen
Unterstützung auch die Unabhängigkeit
283
Interview
meiner wissenschaftlichen Arbeit gewährleistet war.
: Wie haben Sie Ihre selbstständige Arbeit organisiert, und was ist bei diesem Projekt am Ende herausgekommen?
Gerhard Neuweiler: Ich muss anmerken,
dass diesem Antrag ein fast zweijähriger
Auslandsaufenthalt vorausgegangen war.
: Sicher waren Sie an einer der
Eliteeinrichtungen in den USA, in Boston,
New York oder Washington?
Gerhard Neuweiler: Das stand in der Tat
zur Debatte, aber ich habe mich ganz anders
entschieden. Sehen Sie, ich bin eben Zoologe,
stehe in der Tradition von Karl von Frisch.
Als sich mir also 1963/64 die Möglichkeit
bot, mit einem Stipendium des DAAD an das
Department of Zoology nach Madras, Indien,
zu gehen, konnte und wollte ich nicht widerstehen! Es war für meine weitere Tätigkeit
auf dem Gebiet der Neurophysiologie der
Echoortung, aber auch für mein Verständnis
der Verantwortlichkeit eines Wissenschaftlers
und schlicht Bürgers dieser Welt absolut
wichtig, dass ich mich in Indien, damals noch
„Entwicklungsland“, ganz selbständig einem
verhaltensökologischen Thema widmen
durfte. Ich habe auf einem selbstgebauten
Beobachtungsturm das Sozialverhalten von
Flughunden studiert, und bei dieser Gelegenheit meldeten sich auch die Fragen, welche
mich dann viele Jahre im Bann hielten.
: Zum Beispiel?
Gerhard Neuweiler: Ich wollte wissen, welche neuronalen Verschaltungen der Echoortung zugrunde liegen.
: Welche methodischen Ansätze
erschienen Ihnen zu jener Zeit am aussichtsreichsten?
Gerhard Neuweiler: Am Ende meiner Zeit in
Madras hatte ich das Gefühl, für ein ganzes
Zoologenleben genug beobachtet zu haben.
Jetzt wollte ich die zugehörigen Mechanismen
mit den Methoden der Mikroelektroden- und/
oder Tracer-Technik erforschen. Ich hatte
meine Hoffnung in die sogenannte „Elektroanatomie“ gesetzt.
für Psychiatrie in München. Aus dieser Zeit
stammt auch meine erste publizierte Arbeit,
mit D. Mergenhagen und O. Creutzfeldt.
: Eine Arbeit über die zellulären
Grundlagen des Elektroenzephalogramms,
wobei Sie auf Anhieb die Position des „Letztautors“ bezogen haben! - Wie entwickelte sich
nun Ihr eigenes Projekt?
Gerhard Neuweiler: Dank der Volkswagenstiftung konnte ich zwei Physiker und
einen Nachrichteningenieur in die Gruppe
rekrutieren. Aus den Reihen der jungen
Biologen kam ein Mitarbeiter, der quasi aus
dem Nichts eine effektive neuroanatomische
Forschung aufgebaut hat. Diese interdisziplinäre Vorgehensweise war, so glaube ich,
der Schlüssel zu unserem Erfolg. Ich selber
hatte ja herausgefunden, dass das Hörsystem
der Hufeisennase über ein extrem schmalbandiges Frequenzfilter verfügt, das auf die
Sendefrequenz dieser Fledermausart genau
abgestimmt ist, wie ein Rundfunkempfänger
auf die einer Senderstation. Dazu passte sehr
gut ein Ergebnis von H.U. Schnitzler, der bereits als Doktorand die Entdeckung gemacht
hatte, dass diese Fledermaus beim Fliegen
ihre Senderfrequenz so weit absenkt, dass
der durch den Flug entstehende Dopplereffekt
kompensiert wird und das zurückkehrende
Echo stets eine gleichbleibende Frequenz
aufweist, nämlich die des Empfangsfilters im
auditorischen System der Fledermaus.
Die Trennschärfe war überraschend hoch
für ein biologisches Frequenzfilter. Uns
interessierten deshalb natürlich Aufbau und
Wirkungsweise dieses Filters. Eine weitere
Frage war: Wie funktioniert der Regelkreis,
der die Ortungsfrequenz jeweils so anpasst,
dass die Frequenz des Echos auf 0.15%
konstant gehalten werden kann? Und wie
adaptiert das jeweilige Regelsystem der
Echoortung an das jeweilige Verhalten? - Die
Antworten auf diese Fragen fielen aber schon
in die Frankfurter Zeit.
: Wo haben Sie sich die elektrophysiologischen Methoden angeeignet?
: Mit 37 Jahren wurden Sie nun
selber „Ordinarius“, d.h. Sie erhielten den Ruf
an die Universität Frankfurt/M., verbunden
mit der Position des Leiters des Lehrstuhls
für Zoologie. Damit hatten Sie tatsächlich
wunderbare Voraussetzungen, Ihr Thema
unbelastet von Finanzierungssorgen weiter
zu entwickeln. Was hat Sie dazu gebracht,
den Filtermechanismus in der Cochlea zu
lokalisieren?
Gerhard Neuweiler: Ich durfte ein paar Monate im damaligen Mekka der deutschen Elektrophysiologie verbringen, in der Abteilung
von Otto Creutzfeldt, am Max-Planck-Institut
Gerhard Neuweiler: Die entscheidenden Fortschritte bei der Aufklärung des Filtermechanismus kamen überraschenderweise aus der
funktionellen Morphologie. Wir fanden me-
284
chanische Spezialisierungen in einem Bereich
des Corti-Organs, welcher der speziellen Ortungsfrequenz der Hufeisennase entspricht. In
Analogie zur Region des höchsten räumlichen
Auflösungsvermögens in der Netzhaut haben
wir für diesen Bereich dann die Bezeichnung
„Fovea“ gewählt. Im Weiteren gelangten wir
zu der Auffassung, dass das Innenohr der
Säuger über regionale Spezialisierungen verfügt, die dem spezifischen Verhalten der Tiere
angepasst ist. Aus dieser Idee entwickelte
sich mit der Zeit ein eigenständiges neues
Arbeitsgebiet, die vergleichende funktionelle
Anatomie des Innenohrs...
: ...das in Ihren populären Lehrund Handbüchern einen angemessenen Platz
findet…
Gerhard Neuweiler: …ja, in Band 2 der
„Vergleichenden Tierphysiologie“ (2005) und
in der „Biologie der Fledermäuse“ (1993), die
2000 auch auf Englisch erschienen ist.
: Abgesehen von Ihren Entdeckungen zum Filtermechanismus im Innenohr
hat Ihre Arbeitsgruppe ja auch ganz Wesentliches zur zentralnervösen Organisation des
auditorischen Systems geleistet.
Gerhard Neuweiler: Ja, G. Schuller, der aus
der Physik zu uns gestoßen war, hat wichtige
Beiträge zur tonotopen Organisation des Colliculus inferior geliefert. Aus der Münchner
Zeit sind die Arbeiten meines Nachfolgers
B. Grothe hervorzuheben. B. Grothe hat sich
nach seiner Postdoc-Zeit bei D. H. Sanes mit
der auditorischen Informationsverarbeitung
im unteren Hirnstamm befasst, unter anderem
mit dem Richtungshören. Auf Grund seiner
Experimente gelangten wir und andere zu
der Auffassung, dass die Fledermäuse trotz
des kleinen Abstands zwischen beiden Ohren Zeitdifferenzen für die Codierung der
Schallrichtung benutzen, was bis dahin sehr
unwahrscheinlich erschienen war.
: Es fällt auf, dass Sie bei den
meisten Arbeiten aus Ihrer Abteilung nicht als
Mitautor auftreten. Haben Sie Ihre Lehrstühle
in Frankfurt (1972-1980) und in München
(1980-2003) ganz anders geführt als Ihr erster
Chef, Herr Professor Möhres in Tübingen?
Gerhard Neuweiler: Ganz sicher, wobei ich
natürlich auch „Lehrgeld“ zahlen musste,
und die eine oder andere Enttäuschung nicht
ausgeblieben ist.
: Als Sie nach Frankfurt berufen
wurden, galt der dortige Lehrstuhl für Zoologie ja als ziemlich „schwierig“. Nicht nur in
4/08
Interview
Frankfurt, in ganz Deutschland waren an den
deutschen Universitäten der siebziger Jahre
die verschiedensten Reformversuche zu
verarbeiten. Was hat sich bei Ihnen bewährt,
und welche liebgewonnene Illusion musste
verabschiedet werden?
Gerhard Neuweiler: Überaus bewährt hat
sich die Forschungsfinanzierung über Drittmittel, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft exzellent organisierte Begutachtung der einzelnen Forschungsprojekte
über peer reviewing, auch das System der
Sonderforschungsbereiche zur regionalen
Konzentrierung von Forschungsaktivitäten.
Darauf können wir auch in internationalem
Maßstab sehr stolz sein.
: 1978 haben Sie mit Herrn
Scheich einen SFB zum Thema „Vergleichende Neurobiologie des Verhaltens“ gegründet. Zudem waren Sie viele Jahre lang
Gutachter für die DFG und von 1991 bis
1997 sogar Mitglied des Senats und Hauptausschusses der DFG. Wie aber lief es in
Frankfurt in Ihrer eigenen Arbeitsgruppe?
Gerhard Neuweiler: Es war insgesamt eine
sehr fruchtbare Zeit, aber auch eine Zeit
voller Widersprüche. In meiner eigenen Arbeitsgruppe haben wir zunächst die gleichberechtigte Mitbestimmung aller Mitglieder
praktiziert. Das betraf z. B. die Einstellung
neuer Mitarbeiter, die Prioritätenliste für Investitionen, die Zuordnung von Doktoranden
und die Publikation der Ergebnisse.
: Das waren wahrscheinlich sehr
gezählte „Tage der Kommune“?
Gerhard Neuweiler: Ich muss zugeben, es
hat nicht wirklich funktioniert. Allzu oft gab
es divergierende Einzelinteressen und entsprechend „faule Kompromisse“. Auch ich
selbst konnte mich nicht unbedingt leicht mit
mehrheitlichen Entscheidungen abfinden,
wenn diese nach meinem Eindruck einer allzu großen Unerfahrenheit geschuldet waren.
Solche Entscheidungen habe ich dann eben
doch „unterwandert“. Zudem habe ich mit
großem Bedauern beobachtet, dass manche
Kollegen, die im Ergebnis der Hochschulreformen mit sehr viel Selbstbestimmung und
auch existenzieller Absicherung ausgestattet
waren, ihr Engagement in der Forschung
ziemlich bald dramatisch reduzierten.
: Herr Neuweiler, wenn Sie jetzt,
gegen Ende Ihrer so erfolgreichen Forschertätigkeit ein Leitmotiv für die Nachfolgenden
formulieren sollten, was würden wir da
hören?
4/08
Gerhard Neuweiler: Mich interessiert
heute vor allem die Rolle des menschlichen
Denkens als gestaltender Faktor der Evolution. In diesem Sinne lautet mein Motto
„Den Weg der Vernunft gehen!“.
Die Leiden und auch Gefahren, denen
menschliche Wesen zu begegnen haben,
sind ja nach wie vor so groß, dass wir
in keiner Weise auf g rößt möglichen
Fortschritt im Verständnis der Natur
verzichten können. Gleichzeitig befähigen uns die Ergebnisse dieser Forschung
immer mehr, in die natürliche Evolution
einzugreifen und diese im Interesse der
Spezies Mensch zu modifizieren. Wer
die Welt umfassender erkennt und auf
Veränderungen rasch reagieren kann, hat
Selektionsvorteile! Schon in sehr naher
Zukunft könnte die Spezies Mensch in
der Lage sein, effektiv dafür zu sorgen,
dass keine andere Art an ihr vorbei zieht,
oder sie auch nur bedroht! Die Geschichte
des Lebens auf unserer Erde ist also auch
eine Geschichte der Emanzipation des
menschlichen Lebens von der Natur, eine
Befreiungsgeschichte.
Wenn der Mensch sich nun zunehmend
vom Objekt in ein Subjekt der Evolution
wandelt, dann gewinnen seine Denkweise, seine Art zu fühlen, seine zwischenmenschlichen Konventionen, sein
Wertesystem überragende Bedeutung,
ebenso natürlich auch die Forschung zu
diesem Gegenstand. Insofern werden,
wie ich bereits in einem Aufsatz formuliert habe (1999), auf neurobiologischer
Forschung basierende Strategien in Erziehung/Bildung, Ökonomie und Politik
zu wesentlichen Voraussetzungen des
zivilisatorischen Fortschritts. Sie ermöglichen, wenn man es so ausdrücken will,
eine „zivile Evolution“. Ja, die Neurowissenschaften sollen die Menschen in die
Lage versetzen, ihrer Verantwortung für
die Natur insgesamt gerecht zu werden!
In diesem Sinne, meine ich, müssen wir
einfach den Weg gehen, den die VERNUNFT uns weist. Und so wird es auch
geschehen. Sie sehen, ungeachtet der
vielen selbstverschuldeten Katastrophen
in der Menschheitsgeschichte bleibe ich
doch ein unverbesserlicher Optimist!
: Herr Neuweiler, wir dürfen
also noch einmal ein großes Buch zum
Thema „Mensch und Evolution“ von Ihnen
erwarten?
Gerhard Neuweiler: Ja, trotz Krankheit
habe ich das Manuskript fertig stellen
können und auch schon zum Verlag geschickt.
: Sie haben hier, unter dem
Dach Ihres Hauses in Seefeld bei München,
ein komplett eingerichtetes Büro, das sehr
nach Arbeiten aussieht. Gleichzeitig sind
Sie seit über vier Jahren im sogenannten
Ruhestand. Wie haben Sie sich damit
eingerichtet?
Gerhard Neuweiler: Ich glaube, recht gut!
Die modernen Kommunikationshilfen
und der Zugang zu den elektronischen
Zeitschriften über die Bibliothek meiner
Universität ermöglichen ja den täglichen
Kontakt mit den Kollegen und erlauben
mir auch jederzeit den Zugriff auf aktuelle
Publikationen. So kann ich gut arbeiten
und genieße dabei den Blick über das
wunderschöne Voralpenland.
: Nach dem Tod Ihrer Gattin,
mit der Sie drei Kinder großgezogen haben,
leben Sie nun allein in diesem großen schönen Haus und arbeiten sehr viel. Haben
Sie das Bedürfnis, Kontakte/Aktivitäten
außerhalb Ihres professionellen Wirkungskreises zu pflegen? Und wenn ja, gelingt
dies auch?
Gerhard Neuweiler: Es ist ein Glück, dass
meine Tochter mit ihrer Familie nur wenige
Straßen von diesem Haus entfernt wohnt.
Und mit tiefer Dankbarkeit profitiere ich
immer noch von dem sozialen Netzwerk,
dass meine Frau mir nach Ihrem frühen
Tod im Jahr 1989 hinterlassen hat. Sie war
künstlerisch tätig, hat Freundschaften für
uns beide geknüpft und gepflegt. Ja, davon
zehre ich immer noch! Ansonsten war ich
eigentlich niemals der Mann für große
Partys, ich schätze eher das in die Tiefe
gehende Gespräch mit Einzelnen, gern
auch mit Menschen aus einem anderen
Fach. In den letzten Jahren des vorigen
Jahrhunderts, nun, da gab es vielleicht Momente, wo mir dieses Haus zu groß und zu
still vorkam und ich mir mehr Anregungen
wünschte…
: Die erhielten Sie auch, als Sie
2000-2001 Fellow des Berliner Wissenschaftskollegs wurden.
Gerhard Neuweiler: Nicht nur das, in
dieser Zeit wurde mir noch einmal eine
neue große Freundschaft mit dem Wiener
Komponisten György Ligeti zuteil, der
sich lebhaft für akustische Wahrnehmung
interessierte und mich darüber hinaus dazu
anregte, endlich auch den motorischen
Systeme den notwendigen Tribut zu zollen.
Wir haben sogar ein gemeinsames Buch zu
diesem Thema geschrieben.
285
Nachruf
: Herr Neuweiler, wir danken
Ihnen sehr für die offene Auskunft über
Ihre Arbeit und Ihr Leben!
Das Gespräch führte Rosemarie Grantyn.
RG ist Professor emeritus am Institut für
Neurophysiologie der Charité Berlin.
Sie forscht auf dem Gebiet der Entwicklungsphysiologie, mit dem Schwerpunkt
GA BAerge Hem mu ng u nd zellulä re
Grundlagen von Intelligenz.
Kurzbiografie
Gerhard Neuweiler wurde 1935 in Nagold
im Schwarzwald geboren, promovierte 1962
in Tübingen zum Dr. rer. nat. med. Von 1972
bis 1980 war er Direktor des Lehrstuhls für
Zoologie an der Goethe-Universität Frankfurt, und von 1980 bis 2003 leitete er den
Lehrstuhl für Zoologie und vergleichende
Anatomie an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Von 1993 bis 1994 war er
Prof. Dr. Dr. h.c. Gerhard Neuweiler
(1935 – 2008)
Prof. Dr. Benedikt Grothe
Gerhard Neuweiler, Inhaber des Lehrstuhls
für Zoologie und vergleichende Anatomie an
der LMU von 1980 bis 2003, ist am 15. August 2008 nach langer Krankheit verstorben.
Er wurde am 18. Mai 1935 im Schwarzwald
geboren, studierte ab 1955 an den Universitäten Tübingen und München Naturwissenschaften und promovierte 1962 bei Franz
Peter Möhres in Tübingen am Lehrstuhl für
Zoophysiologie über die Physiologie des
Sehens bei Flughunden. Als Postdoc setzte er
seine Studien an Flughunden an der Universität Madras in Indien fort. Mit der Universität
Madras blieb er, wie viele seiner späteren
Mitarbeiter, lebenslang verbunden. Zurück
in Tübingen konzentrierte er als Assistent
und später als Leiter einer Arbeitsgruppe, die
durch die Volkswagenstiftung gefördert wurde, seine Forschung auf die Hörphysiologie
echoortender Fledermäuse. Dabei gelang ihm
eine bei Wirbeltieren bis dahin wohl einmalige Kombination von Verhaltensbiologie und
Elektrophysiologie.
Als Sprecher der wissenschaftlichen Assistenten in Süddeutschland übernahm er früh
politische Initiative und forderte lautstark
weitgehende Reformen. Deutschlandweit
bekannt wurde er 1969 durch eine schonungslose Analyse des Zustandes deutscher
Universitäten in einem Artikel in DIE ZEIT,
die extra betonte, dass der Name des Autors
tatsächlich G. Neuweiler sei. Dieser Artikel
definierte seine politische Stellung in der
Hochschullandschaft der damaligen Zeit.
Neben Lehre und Forschung blieb er stets wissenschaftspolitisch aktiv, unter anderem als
Senatsvorsitzender der DFG, Vorsitzender des
Deutschen Wissenschaftsrates (1993-1994),
sowie in zahlreichen Verbänden, Institutionen
und Beiräten.
286
1972 folgte Gerhard Neuweiler einem Ruf
an die Goethe-Universität Frankfurt, wo er
den Lehrstuhl für Zoologie übernahm. Seine
Frankfurter Arbeitsgruppe war wissenschaftlich äußerst produktiv und innovativ trotz
oder wegen ihrer berühmt berüchtigten
basisdemokratischen Struktur. Diese Zeit
machte ihn zu einer der festen Größen innerhalb der Neuroethologie, nicht zuletzt durch
die Entdeckung der akustischen Fovea bei
einigen spezialisierten Fledermausarten.
Im Jahr 1980 nahm er den Ruf auf den
Lehrstuhl für Zoologie und vergleichende
Anatomie der Ludwig-Maximilians-Universität München an und wurde damit
Nachfolger von von Siebold, Richard Hertwig, Karl von Frisch und Hansjochen
Autrum. Mit seinen vielfältigen und stets
vergleichenden experimentellen Ansätzen
führte er die Tradition dieses Lehrstuhls
auf höchstem Niveau fort. Hier erweiterte
er seine Arbeitsgruppe noch einmal konzeptionell und experimentell, nicht zuletzt
durch Hinzunahme verhaltensökologischer
Ansätze. Sein ungewöhnlich breiter und
kompletter Blick auf die Hauptobjekte seiner
Studien ist in dem Buch „The Biology of
Bats“ (Oxford University Press, 2000) und
in einigen hervorragenden Übersichtsartikeln dokumentiert (z.B. Physiol Rev, 70:
615, 199).
Stimuliert durch seine Begegnung mit
dem Komponisten György Ligeti während
seines Aufenthaltes als Fellow des Wissenschaftskollegs zu Berlin 2001/02 und vor
allem seit seiner Emeritierung im Oktober
2003, beschäftigte er sich mit der Evolution
motorischer Fähigkeiten bei Primaten. Deren
Schlüsselrolle für die Evolution des Menschen beschreibt er gemeinsam mit Ligeti in
Vorsitzender des Wissenschaftsrates. 1990
erhielt er den Karl- Ritter-von-Frisch-Preis
der Deutschen Zoologischen Gesellschaft.
Er war Mitglied der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, der Leopoldina,
der Academia Europaea und Honorary
Fellow of the Indian Academy of Science.
Er starb 2008 in München an den Folgen
von Leukämie.
dem 2007 erschienenen Buch „Motorische
Intelligenz - Zwischen Musik und Naturwissenschaft“ (Wagenbach, Berlin). Im Herbst
wird sein letztes, mit Sicherheit wieder
provozierendes Werk „Und wir sind es doch
– die Krone der Evolution“ erscheinen.
Die herausragende wissenschaftliche
Leistung von Gerhard Neuweiler ist die
erfolgreiche Integration von Neurophysiologie und Neuroanatomie mit Psychophysik und Verhaltensökologie. Sie
führte zu einem vertieften Verständnis
einer der interessantesten Verhaltensstrategien im Tierreich, der Echoortung
der Fledermäuse, und deren Evolution.
Sein wissenschaftliches und politisches
Engagement führte zu zahlreichen Ehrungen und Preisen, unter anderen zur
Karl-von-Frisch-Medaille der Deutschen
Zoologischen Gesellschaft, einem Dr.
honoris causa, zum Bundesverdienstkreuz
und zu Mitgliedschaften in der Bayerischen
Akademie der Wissenschaften, der Leopoldina, der Academia Europaea und der Indian
Academy of Science.
Gerhard Neuweiler war außerdem eine
begeisternder Lehrer. Unprätentiös, in die
Tiefe der Materie eindringend, ohne je
den Blick auf das Wesentliche zu verlieren
vermittelte er auf eine sehr ungewöhnliche
und einnehmende Art Zoologie, Tierphysiologie und Neurobiologie. Die Breite seines
Wissens und Verstehens ist in dem im Jahr
seiner Emeritierung erschienenen Lehrbuch
„Vergleichende Tierphysiologie“ (Band I,
Neuro- und Sinnesphysiologie, SpringerVerlag, 2003) auf beeindruckende Art und
Weise dokumentiert.
Vor allem aber war Gerhard Neuweiler ein
außergewöhnlicher Mensch, der gleichzeitig
Begeisterung, Bestimmtheit und menschliche Wärme ausstrahlte.
Prof. Dr. Benedikt Grothe
Ludwigs-Maximilians-Universität
Biologie II
Großhadernstr. 02
82152 Martinsried
4/08
DFG / Nachrichten
Kursprogramm 2009
der neurowissenschaftlichen Graduiertenkollegs
in Verbindung mit der Neurowissenschaftlichen Gesellschaft e.V.
e 1. - 2. Dezember 2008: Vergleichende
Grundlagen der Organisation des
Säuger-Gehirns
Ort der Veranstaltung: Universität Tübingen, Anatomisches Institut, Seminarraum 3,
Oesterbergstr. 3, 72074 Tübingen
Anmeldeschluss: 31. Oktober 2008
Themen: Makroskopische und mikroskopische Anatomie der Gehirne von Maus, Affe
und Mensch. Studium und Präparation von
fixierten Gehirnen in situ und „in tabula“;
Studium von plastinierten Schnittserien,
Hirnstamm- und Faserpräparaten.
Maximale Teilnehmerzahl: 20
Gebühr für Nichtmitglieder: 50,- Euro
Organisation und Anmeldung: Prof. Dr.
H.-J. Wagner, Tel.: 07071 297 3019, Fax:
07071 294014, E-Mail: hjwagner@anatu.
uni-tuebingen.de, E. Küppers, Tel: 07071
2973022, Fax: 07071 294014, E-Mail: eva.
[email protected]
e 17. - 19. Februar 2009: Transkranielle
Magnet- und Gleichstromstimulation
(TMS/tDCS)
Ort der Veranstaltung: Abteilung Klinische
Neurophysiologie, Universität Göttingen,
Robert-Koch-Straße 40, 37075 Göttingen
Anmeldeschluss: 15. Januar 2009
Themen: Theoretische Grundlagen und
praktische Anwendungen nicht-invasiver
Hirnstimulation am Menschen: (repetitive)
transkranielle Magnetstimulation, transkranielle Gleichstromstimulation und Wechselstromstimulation.
Gebühr für Nichtmitglieder: 50,-- Euro
Organisation und Anmeldung: PD Dr.
Andrea Antal, Tel.: 0551 398461, Fax: 0551
398126, E-Mail: [email protected]
e 3. - 5. März 2009: Immunohistochemistry in Neurobiology
Ort der Veranstaltung: Universität Leipzig,
Paul-Flechsig-Institut für Hirnforschung,
Jahnallee 59, 04109 Leipzig
Themen: Multiple fluorescence labelling
of neuronal, glial and vascular markers
in the rat brain, detection of markers for
neurogenesis, plasticity and extracellular
matrix, demonstration of neurotransmitter
transporters, simultaneous visualization of
calcium-binding proteins, immunoperoxidase double staining, digoxigenin-conjugated
primary antibodies for immunolabelling,
4/08
combined lectin- and immunohistochemical
approaches, preparation and application of
fluorochromated antibodies, analysis of
stained tissue sections with fluorescence
microscopy and confocal laser-scanning
microscopy.
Organisation und Anmeldung: PD Dr.
Wolfgang Härtig, Tel.: 0341 9725772, Fax:
0341 9725749, E-Mail: hartig@medizin.
uni-leipzig.de
e 1. - 3. April 2009: Data Analysis in
Neural Gene Expression Profiling
using Microarrays
Ort der Veranstaltung: AG Molekulare
Neurobiologie, Neurologische Klinik,
Heinrich-Heine-Universität, Moorenstr. 5,
40225 Düsseldorf
Themen: Experimental design (traumatic
injury models of CNS and PNS), Raw data
analysis (MAS5, MBEI, RMA, GC-RMA,
PLIER), Statistical analysis, Biological
pathways and gene ontology information
(KEGG, PathwayArchitect).
Organisation und Anmeldung: Dr. Frank
Bosse, Tel.: 0211 8118984, Fax: 0211 8118411,
e 20. - 21. April 2009: Methods in Cerebral Ischemia Research
Ort der Veranstaltung: Department of
Experimental Neurology, Charité Berlin,
Charitéplatz 1, 10117 Berlin
Anmeldeschluss: 1. Februar 2009
Themen: Induction of pure neocortical
infarction in the rat: The ‘Brint’-model:
Video, demonstration, specific hardware,
histology and assessment of damage, striatal/neocortical ischemia in the mouse: the
filament occlusion model ‘Video, demonstration, preparation of thread, laser Doppler
monitoring, behavioral testing after mild
focal cerebral ischemia in the mouse, cell
culture / OGD demonstration and discussion
in the lab (half of the participants, 45 min
each), in vivo ischemia demonstration und
discussion in the lab (half of the participants,
45 min each)
Homepage: http://methodenkurs.expneuro.de
Maximale Teilnehmerzahl: 10-15
n
.......
Gesellschaft
Organisation und Anmeldung: Gabriela
Seidel-Hart, Tel.: 030 450560122; Fax:
030 450560942; E-Mail: gabriela.seidel@
charite.de
e 27. - 29. Mai 2009: Organotypische
Hirnschnittkulturen als PlattformTechnologie für die Neurowissenschaften
Ort der Veranstaltung: Neuropathologisches Institut, Universität Erlangen-Nürnberg, Schwabachanlage 6, 91054 Erlangen
Anmeldeschluss: 18. April 2009
Themen: Praktische Arbeiten und theoretisches Wissen zur Herstellung organotypischer Hirnschnittkulturen (Hippocampus/
Ratte) für die Verwendung von experimentellen Transplantationsarbeiten oder
translationelle Anwendung in den Neurowissenschaften.
Homepage: www.epilepsie-register.de
Maximale Anzahl externer Teilnehmer: 6
Organisation und Anmeldung: Prof. Dr.
I. Blümcke; Tel.: 09131 8526031, Fax:
09131 8526033, E-Mail: [email protected]
e 22. - 24. Juni 2009: Methoden der
Mutationsdetektion
Ort der Veranstaltung: Institut für Neuropathologie, Universitätsklinikum Düsseldorf, Moorenstraße 5, 40225 Düsseldorf
Anmeldeschluss: 30. April 2009
Themen: Theoretische Einführung in verschiedene Methoden der Mutationsdetektion (SSCP, DHPLC, Heteroduplex sowie
Kapillarelektrophorese- und Real-Time
PCR-basierende Methoden); praktische
Durchführung von Mutationsanalysen:
SSCP, Sequenzierung, Genotyping.
Homepage: www.uniklinik-duesseldorf.de/
neuropathologie
Organisation und Anmeldung: Dr. Marietta
Wolter, Tel.: 0211 811 8652, Fax: 0211 811
8836, E-Mail: [email protected].
de
e 12. - 16. Oktober 2009: Analysis and
Models in Neurophysiology
Ort der Veranstaltung: BCCN Freiburg,
Hörsaal und CIP-Pool, Hansastr. 9a, 79104
Freiburg
Anmeldeschluss: 30. Juni 2009
287
NWG / Nachrichten
Themen: Lectures and exercises (in Mathematica and Matlab) about: Neuron
models and point processes, systems and
signals, spike train statistics and correlation
measures, local field potentials, synaptic
plasticity.
Homepage: http://www.bccn.uni-freiburg.
de/news/events/nwg-course2009
Organisation und Anmeldung: Dr. Janina
Kirsch, Tel.: 0761 203 9575, Fax: 0761
203 9559, E-Mail: [email protected]
e Oktober 2009: Magnetoencephalography
Ort der Veranstaltung: MEG Center,
Otfried-Müller-Straße 47, 72076 Tübingen
Anmeldeschluss: 1. August 2009
Themen: The course provides basic and
advanced knowledge of MEG - introduction
into the basic principles, the methodology
and experimental procedure, state-of-the-art
developments, lectures in special and advanced data analysis, and the opportunity to put
knowledge to work in hands-on sessions.
Organisation und Anmeldung: Dipl.-Ling.
Tanja Mathis, Tel: 07071 2987689, Fax:
07071 29 5706, E-Mail: tanja.mathis@med.
uni-tuebingen.de
Fehlende
Mitgliederadressen
Von folgenden Mitgliedern fehlt uns die
korrekte Anschrift:
Albrecht, Jan Dominik
(vormals: Magdeburg)
Babu, Herr Harish (vormals: Berlin)
Frech, Dr. Moritz J. (vormals: Kessin)
Franke, Prof. Dr. Christian
(vormals: München)
Heil, Jan Erik (vormals: Martinsried)
Klempin, Friederike (vormals: Berlin)
Linke, Peter (vormals: Berlin)
Moerth, Sascha (vormals: Magdeburg)
Puller, Christian (vormals: Frankfurt)
Rillich, Jan (vormals: Leipzig)
Schnaedelbach, Dr. Oliver
(vormals: Lemgo)
Siegmund, Anja (vormals: München)
Usnich, Tatiana (vormals: Berlin)
Voitcu, Roxana (vormals: Berlin)
Für Hinweise sind wir dankbar.
288
Neurowissenschaften in der
gymnasialen Oberstufe 2009
Die Neurowissenschaftliche Gesellschaft e.V. (NWG) bietet bundesweit kostenlose Fortbildungsveranstaltungen für Lehrer der gymnasialen Oberstufe an. Interessierte Lehrer sind
herzlich zur Teilnahme eingeladen.
e 10. November 2008 / Berlin
Immer der Nase nach: Riechen beim
Menschen – vom Molekül zur Wahrnehmung
Kontakt: Helga Fenz
Tel.: 030-94796033
e 11. Mai 2009 / Bielefeld
Neurobiologie der Aufmerksamkeits-/
Hyperaktivitätsstörung (ADHS) und
Wege aus der Entwicklungsstörung
Kontakt: Dr. Keren Grafen
Tel.: 0521-106 5703
e 12. Februar 2009 / Tübingen
Klinische Neurowissenschaften
Kontakt: Prof. Dr. Uwe Ilg
Tel.: 07071-2987602
e 26. Mai 2009 / Berlin
Arbeitsteilung und Lernen bei Honigbienen
Kontakt: PD Dr. Ricarda Scheiner
Tel.: 030-314 73 345
e 11. März 2009 / Münster
Männliches Gehirn - Weibliches Gehirn. Gibt es geschlechtsspezifische
Unterschiede der Gehirnfunktionen?
Kontakt: Dr. Katharina Krüger
Tel.:
0251-8355544 (Prof. Straub)
e 18. März 2009 / Magdeburg
6. Magdeburger Tag der Erziehung
– Neurobiologische und entwicklungspsychologische Aspekte der frühkindlichen Bindung.
Kontakt: Dr. Michael Gruß
Tel.: 0391-6755008
e 19. März 2009 / Berlin
Molekulare Mechanismen im ZNS
Kontakt: Dr. Anja U. Bräuer
Tel.: 030-450 52 8405
e 20. März 2009 / Heidelberg
Kognitive Neurowissenschaften Konzepte, Anwendungen, Menschenbilder
Kontakt: Prof. Dr. Andreas Draguhn
Tel.:
06221-544 056
E-Mail: andreas.draguhn@physiologie.
uni-heidelberg.de
e 31. März 2009 / Leipzig
Einblicke ins hirnbildgebende Verfahren in Forschung und Medizin
Kontakt: Prof. Dr. Reinhard Schliebs
Tel.: 0341-97-25734
e 2. Juni 2009 / Aachen
Grundlegende Neurobiologie
Kontakt: Prof. Dr. Hermann Wagner
Tel.: 0241-8024 835
e 24. September 2009 / Göttingen
Primatenforschung: Von Genen zum
Verhalten
Kontakt: Dr. Dr. Michael Schwibbe
Tel.: 0551-3851-120
e 20. Oktober 2009 / Magdeburg
Zwischen Gen und Umwelt – Wie
Ererbtes und Erlerntes das Verhalten
steuern
Kontakt: Dr. Constanze Seidenbecher
Tel.: 0391-6263 218
Weiteres Informationsmaterial für Lehrer
ist auf der Homepage der NWG zu finden:
Kosmos Gehirn als Download (http://nwg.
glia.mdc-berlin.de/de/info/cosmos.html)
Bilddatenbank (http://nwg.glia.mdc-berlin.
de/de/picturedb/)
Kleines Sachwörterbuch der Neurowissenschaften (http://nwg.glia.mdc-berlin.de/de/
courses/education/glossar.html)
Unterlagen zur Lehrerfortbildung (http://
nwg.glia.mdc-berlin.de/de/courses/education/documents/)
4/08
DFG / Nachrichten / Bücher
Schwerpunktprogramm 1226
„Nicotine: Molecular and
Physiological Effects in the Central
Nervous System (CNS)“ – Aufruf für
die zweite Antragsperiode
Schwerpunktprogramm 1226 „Nicotine:
Molecular and Physiological Effects in the
Central Nervous System (CNS)“ wurde
2006 gegründet. Nun können Anträge für
die zweite Förderperiode in englischer
Sprache bis 20. Februar 2009 eingereicht
werden.
Informationen zum Schwerpunktprogramm sind zu finden unter www.nicotineresearch.com.
DAAD übernimmt Förderung
von Kongress- und Vortragsreisen
ins Ausland
Zum 1. Januar 2009 übernimmt der DAAD
das bisher von der DFG verwaltete Programm
„Kongress- und Vortragsreisen ins Ausland“.
Mit diesem Förderinstrument wird die Teilnahme an internationalen wissenschaftlichen
Veranstaltungen, zum Beispiel Kongresse,
Symposien oder Kolloquien, im Ausland
unterstützt. Das vom Auswärtigen Amt finanzierte Programm wird mit geringen Modifikationen vom DAAD weitergeführt.
Die DFG wird noch bis zum 31.12.2008 Anträge für das Programm annehmen. Ab dem
1. Januar 2009 sind alle Förderanträge an den
DAAD zu richten.
Weitere Informationen zum Programm finden
sich unter: http://www.dfg.de/forschungsfoerderung/wissenschaftliche_kontakte/
kongress_reisen/kompaktdarstellung_kongressreisen.html
Entmoralisierung des Rechts –
Maßstäbe der Hirnforschung für
das Strafrecht
Besprochen von Georg W. Kreutzberg, MPI für Neurobiologie, 82152 Martinsried
Unser Kollege Gerhard Roth (Bremen)
hat gemeinsam mit dem Fran kf ur ter
Philosophen Klaus-Jürgen Grün und dem
TV-bekannten Publizisten und Juristen
Michel Friedman ein Buch ediert, das
einem heiß umstrittenen Thema, nämlich
der Wirkung der heutigen Hirnforschung
auf unser Menschenbild gewidmet ist. Das
Buch basiert auf Vorträgen, die an der
Uni Frankfurt/M. 2007 gehalten wurden,
ergänzt durch einige weitere Beiträge. Der
4/08
Titel „Entmoralisierung des Rechts“ ist zugleich Programm und Forderung, die sich
an den Ergebnissen der Hirnforschung und
den daraus resultierenden tiefen Zweifeln
an der Existenz eines bewussten freien
Willens orientiert. Die Autoren gehören
mit Abstufungen alle dem Lager der Deterministen an, vertreten also die Auffassung, das der uns als Handlungsautonomie
erscheinende bewusste freie Wille eine
soziokulturelle Fiktion ist, auch wenn er
Weitere Informationen erteilt
Prof. Dr. med. Georg Winterer
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Klinik und Poliklinik für Psychiatrie und
Psychotherapie
Rheinische Landes- und Hochschul-Klinik
Bergische Landstraße 2, 40629 Düsseldorf
Dr. Astrid Golla, DFG
E-Mail: [email protected].
Ansprechpartnerin beim DAAD ist
Dr. Birgit Klüsener
Tel.: +49 (0)228 882-339
Ansprechpartnerinnen im Bereich
„Internationale Zusammenarbeit“
der DFG sind
Cora Laforet
Tel.: +49 (0)228 885-2232
Brigitta Schreiner
Tel.: +49 (0)228 885-2400,
von uns als subjektive Wirklichkeit erlebt
wird und als solche Bewusstsein und Handeln zu bestimmen scheint.
Den Auftakt der Beiträge macht K.-J.
Grün mit einer reichlich polemischen
Auseinandersetzung mit den Positionen
der Theologie und vieler Geisteswissenschaften. Aus eigener Erfahrung weiß
man, wie schwierig dieser Diskurs ist und
wie stark die Gefahr dabei ist, aneinander
vorbei zu reden, weil man die Sprache und
sachlichen Inhalte des jeweils anderen
nicht versteht, geschweige denn mit den
Fakten vertraut ist. Auf Polemik können
Merkel und Roth verzichten. Ihr Beitrag
ist ein ausgewogener Diskurs über die
Entsprechungen im Gedankengebäude
des Strafrechts mit den Erkenntnissen der
Hirnforschung. Hier werden insbesondere
die Frage der Schuldfähigkeit und die
Zweifel an der strafrechtlichen Schuld,
289
Impressum / Bücher
Ausblick
Folgende Beiträge werden für die nächsten Ausgaben von
Im gemachten Nest – Struktur und
Funktionen neuraler Stammzellnischen
Alexander von Holst und Andreas Faissner
Neuropeptide S: ein neuer Transmitter
des Gehirns zur Modulation von
Ängstlichkeit und Aufmerksamkeit
Tom Baden, Maja Zorovic und Berthold
Hedwig
Impressum
Herausgeber:
Neurowissenschaftliche Gesellschaft e.V.
Bankverbindung: Berliner Bank AG,
BLZ 100 200 00, Kto.-Nr. 810 505 1800
http://nwg.glia.mdc-berlin.de
Redaktion:
Helmut Kettenmann (v.i.S.d.P.)
Meino Alexandra Gibson
Redaktionsanschrift:
Max-Delbrück-Centrum für
Molekulare Medizin (MDC)
Robert-Rössle-Str. 10, 13092 Berlin
Tel./Fax: 030 9406 3133/-3819
Redaktionsgremium:
Ad Aertsen, Freiburg
Mathias Bähr, Göttingen
Niels Birbaumer, Tübingen
Ulrich Dirnagl, Berlin
Andreas Draguhn, Heidelberg
Ulf Eysel, Bochum
Michael Frotscher, Freiburg
Eckart Gundelfinger, Magdeburg
Hanns Hatt, Bochum
Hans-Peter Hartung, Düsseldorf
Klaus-Peter Hoffmann, Bochum
Uwe Homberg, Marburg
Sigismund Huck, Wien
Sigrun Korsching, Köln
Georg W. Kreutzberg, Heidelberg
Wolfgang H. Oertel, Marburg
Hans-Joachim Pflüger, Berlin
Rainer Schwarting, Marburg
Petra Störig, Düsseldorf
Herbert Zimmermann, Frankfurt/M.
Verlag: Spektrum Akademischer Verlag
GmbH (Spektrum Akademischer Verlag ist
ein Unternehmen von Springer Science &
Business Media GmbH)
Slevogtstr. 3-5, 69126 Heidelberg
Tel.: 06221/9126-300
Fax: 06221/9126--370
http://www.spektrum-verlag.de
290
vorbereitet:
Genetisch-kodierte
optische Sensoren des neuronalen
Membranpotentials:
Was sind die Perspektiven für
die hochauflösende Messung
elektrischer Signale in kortikalen
Hirnstrukturen?
Walther Akemann und Thomas Knöpfel
Geschäftsführer:
Dr. Ulrich Vest
Anzeigen:
top-ad Bernd Beutel
Hammelbächerstr. 30, 69469 Weinheim
Tel./Fax: 06201/29092-0 /-20
Satz und Layout:
polycom Media Service
Brunnenstr. 128, 13355 Berlin
Tel./Fax: 030/264 921-30 /-11
Druck und Auslieferung:
Stürtz GmbH, Würzburg
Abo-Service:
Springer Customer Service Center
Haberstraße 7, 69126 Heidelberg
Tel./Fax: 06221/345 4304 /-4229
Titelgestaltung: Eta Friedrich, Berlin
Erscheinungsweise viermal im Jahr.
ist das Publikationsorgan der
Neurowissenschaftlichen Gesellschaft.
Bezugspreise: Jahresabonnement (4 Hefte)
Einzelperson Inland EUR 49,10, Ausland
EUR 51,20; Firmen, Bibliotheken Inland EUR
93,10, Ausland EUR 95,20; Studenten (bei
Vorlage der Immatrikulationsbescheinigung
o. ä.) Inland EUR 19,10, Ausland EUR 21,20.
Einzelheft Inland EUR 26,20. Alle Preise inkl.
Versandkosten (Abonnement: Inland EUR
4,10, Ausland EUR 6,20; Einzelheft: Inland
EUR 1,20) und MwSt. Eine AbonnementBestellung kann innerhalb von zwei Wochen
schriftlich beim Abo-Service in Jena widerrufen werden. Das Abonnement gilt zunächst
für ein Jahr und verlängert sich jeweils um ein
weiteres Jahr, falls es nicht spätestens sechs
Wochen vor Ablauf gekündigt wird. Bei Nichtlieferung aus Gründen, die nicht vom Verlag
zu vertreten sind, besteht kein Anspruch auf
Nachlieferung o. Erstattung vorausbezahlter
Bezugsgelder. Gerichtsstand, Erfüllungs- u.
Zahlungsort ist Heidelberg.
die sich jetzt zunehmend in unser Bild
drängen, dargestellt.
Von Pief ke und Markowitsch erfahren
wir viele Daten über die biologischen Korrelate abnormen Verhaltens, wie sie häufig
der Kriminalität zugrunde liegen. Hier
werden neuroanatomische, genetische,
neurochemische, hormonelle Daten und
die Rolle von Drogen, aber auch die Möglichkeiten von Prävention und Therapie
von Straftätern angesprochen.
Der Beitrag von A. Schiemann über
„Risiken und Nebenwirkungen der Hirnforschung für das deutsche Strafrecht“ ist
ein Nachdruck eines z.Zt. vielbeachteten
Aufsatzes in der NJW 2004.
Die lakonische Feststellung im Fazit
„Willensfreiheit, so wie die Rechtsprechung sie versteht, gibt es nicht“ imponiert
in ihrer Konsequenz.
Gespannt ist der Leser beim Beitrag
von Michel Friedman angelangt, der
als Rechtsanwalt, Journalist, Publizist,
Moderator, Verleger und Doktorand der
Philosophie vorgestellt wird.
„Un po di tuto“ denkt er und findet sich
dann ganz unerwartet mit den genialen
Ideen von Friedrich Nietzsche konfrontiert, der den Ursprung des Rechts aus
dem Bedü rf nis der Schwachen nach
Rache und Ausgleich herleitet. Friedman
schafft den großen Bogen von Nietzsches
Moder n it ät z u der zeitgenössischen
Auseinandersetzung der Hirnforschung
mit den traditionellen Positionen der
Ethikbegründung wie sie z.B. von Robert
Spaemann vertreten werden. Er stärkt der
Hirnforschung den Rücken, wenn diese
postuliert, unsere Werte und damit auch
die Rechtsordnung an einer neurowissenschaftlichen Anthropologie und nicht an
theologischen Dogmen oder Spekulationen zu orientieren. Die originellen und
gescheiten Ausführungen von Friedman
werden von ihm selber als „vorläufig“
klassifiziert. Da trifft er sich mit der Bescheidenheit der Hirnwissenschaften, die
immer vor Augen haben müssen, dass wir
gute Daten aber keine Gewissheit haben
und dass unser Naturbild von heute und
morgen eine entscheidende Ergänzung
finden kann.
Klaus-Jürgen Grün, Michel Friedman,
Gerhard Roth (Hg.)
Entmoralisierung des Rechts
Maßstäbe der Hirnforschung
für das Strafrecht
Vandenhoeck & Ruprecht, 2008 Göttingen
192 Seiten mit 6 Abb., kartoniert
ISBN 978-3-525-49131-7
EUR 14,90
4/08
Index 2007-2008
Index 2007-2008
Hauptartikel
Schutz oder Neuaufbau: Neuroprotektive Effekte
des Transforming Growth Faktors-β, auf Kosten einer reduzierten Neurogenese? (L. Aigner,
J. Winkler, U. Bogdahn) 1/07, 4-12
Bewegungsplanung in der Großhirnrinde – Signale
zur Steuerung von kognitiven Neuroprothesen
(A. Gail) 1/07, 12-21
Was sind und was können olfaktorische Hüllzellen tatsächlich? (K. Wewetzer, G. Brandes)
1/07, 22-26
Dissoziative („psychogene“) Gedächtnisstörungen – Neuropsychologie und funktionelle
Hirnbildgebung (M. Brand, H. J. Markowitsch)
2/07, 40-46
Demenzen: pathogenetische Grundlagen, biochemische Diagnostik sowie reversible
Demenzsyndrome (U. Heinemann, I. Zerr)
2/07, 47-54
Visuelle Aufmerksamkeit: Von Orten, Eigenschaften und Kontrasten (S. Treue, T. Womelsdorf, J. C. Martinez-Trujillo) 2/07, 55-60
Riechen, Schmecken, Lernen: Verhaltensneurogenetik der Drosophila-Larve (B. Gerber, S.
Wegener, T. Hendel) 3/07, 80-92
Leuchtende Proteine im Nervensystem der Maus
(A. Scheller, F. Kirchhoff) 3/07, 93-98
Multimodaler Atlas des menschlichen Gehirns: Ein
Weg zur integrierten Struktur-Funktionsanalyse
(K. Amunts, K. Zilles) 4/07, 112-121
Drosophila-Antenne gewährt Einblicke in grundlegende Mechanismen des Hörens (M. C.
Göpfert) 4/07, 122-126
Hippokampale Estrogensynthese und synaptische
Plastizität (L. Fester, J. Prange-Kiel, G. M.
Rune) 4/07, 127-134
Neuronale Chloridhomöostase: Entwicklungsund aktivitätsabhängige Regulation von Chloridtransportern (P. Blaesse, H. G. Nothwang)
1/08, 148-158
Pheromonkommunikation bei Mäusen: Vom Gen
zum Verhalten (F. Zufall, T. Leinders-Zufall)
1/08, 159-164
Schallemissionen aus Insektenohren: Hinweis
auf aktives Hören? (M. Kössl, D. Möckel, M.
Weber, E.-A. Seyfarth) 1/08, 166-173
Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain-Computer
Interfaces): Anwendungen und Perspektiven
(A. Kübler, C. Neuper) 2/08, 204-210
Die Cytomatrix der präsynaptischen Aktiven
Zone: Molekulare Organisation und Funktion
(T. Mittelstaedt, E. Álvarez-Barón, S. Schoch)
3/08, 217-223
Mitochondrien: Von der frühen Evolution zu den
altersassoziierten Erkrankungen des Menschen
(T. Klopstock, A. Bender) 3/08, 224-232
M. Parkinson – Zukünftige Therapieoptionen
aus der Grundlagenforschung (V. Ries, C.
Depboylu, O. Arias-Carrión, W. H. Oertel, G.
U. Höglinger) 3/08, 234-241
Das endocannabinoide System des Gehirns – von
der Neurobiologie zur klinischen Relevanz
(N. Wegener, M. Schneider, M. Koch) 4/08,
256-267
Motorische Kontrolle der akustischen Orientierung von Grillen (T. Baden, M. Zorovic, B.
Hedwig) 4/08, 267-273
Die Rolle der Histon-Acetylierung für Lernen
und Gedächtnis (S. Benjamin, E. Wolff, K. L.
Tucker ) 4/08, 274-279
BKCA-Cav channel complexes mediate rapid
and localized Ca2+ activated K+ signalling (H.
Berkefeld, C. A. Sailer, W. Bildl, V. Rohde, J. O.
Thumfart, S. Eble, N. Klugbauer, E. Reisinger,
J. Bischofberger, D. Oliver, H. G. Knaus, U.
Schulte, B. Fakler) vorgestellt von P. Pedarzani
und M. Stocker, 1/07, 27-30
Maplike representation of celestial E-vector orientations in the brain of an insect (S. Heinze,
U. Homberg) vorgestellt von R. Strauß, 2/07,
62-63
Sensory neuron sodium channel Nav1.8 is essential
for pain at low temperatures (K. Zimmermann,
A. Leffler, A. Babes, C. M. Cendan, R. W. Carr,
J.- I. Kobayashi, C. Nau, J. N. Wood P. W. Reeh)
vorgestellt von P. Grafe, 3/07, 100-101
From synapse to behaviour: rapid modulation of
defined neuronal types with engineered GABAA receptors (P. Wulff, T. Goetz, E. Leppä,
A. M. Linden, M. Renzi, J. D. Swinny, O. Y.
Vekovischeva, W. Sieghart, P. Somogyi, E. R.
Korpi, M. Farrant, W. Wisden) vorgestellt von
A. Draguhn, 4/07, 134-136
Optische Messung neuronaler Netzwerkdynamik
in 3D (W. Göbel, F. Helmchen) 2/08, 184-189
Behavioural report of single neuron stimulation
in somatosensory cortex (A. R. Houweling,
M. Brecht) vorgestellt von D. Feldmeyer,
1/08, 174-175
Das Inflammasom: Zentrale Schaltstelle zwischen
Stresssignalen und der Entzündungsreaktion
bei neurodegenerativen Erkrankungen?! (G.
Trendelenburg) 2/08, 190-198
A voice region in the monkey brain (C. I. Petkov,
C. Kayser, T. Steudel, K. Whittingstall, M.
Augath, N. K. Logothetis) vorgestellt von J. P.
Rauschecker, 2/08, 211-212
Neuronale Entwicklung: Nikotinabhängige morphologische und funktionelle Veränderungen
des Zentralnervensystems (C. Wessels, G.
Winterer) 2/08, 199-204
Efficient inhibition of the Alzheimer‘s disease
beta-secretase by membrane targeting (L.
Rajendran, A. Schneider, G. Schlechtingen, S.
Weidlich, J. Ries, T. Braxmeier, P. Schwille,
4/08
J. B. Schulz, C. Schroeder, M. Simons, G.
Jennings, H.-J. Knölker, K. Simons) vorgestellt
von U. Konietzko und R. M. Nitsch, 3/08,
242-243
Neuropeptide S-mediated control of fear expression and extinction: role of intercalated
GABAergic neurons in the amygdala (K.
Jüngling, T. Seidenbecher, L. Sosulina, J.
Lesting, S. Sangha, S. D. Clark, N. Okamura,
D. M. Duangdao, Y.-L. Xu, R. K. Reinscheid,
H.-C. Pape), vorgestellt von C. T. Wotjak,
4/08, 279-282
Historischer Artikel
In Memoriam Philipp Schwartz (1894-1977)
Neuropathologe – Patriot – Weltbürger (G.
Kreft) 1/07, 31-33
Nachrufe
Uli Schwarz (1934-2006), (von J. V. Höltje)
2/07, 64-65
Werner J. Schmidt (1950-2007), (von A. Mayerhofer und B. Kretschmer) 2/07, 65-66
Sabine Grüsser-Sinopoli (1964-2008), (von H.
Flor) 1/08, 177
Gerhard Neuweiler (1935-2008), (von B. Grothe)
4/08, 286
Forschungsförderung/
Institutsvorstellung
Gründung des Interdisciplinary Center for Neuroscience (ICN) in Frankfurt am Main (H.
Zimmermann und T. Deller) 2/07, 66
SGB 654: Plastizität und Schlaf (J. Born), 2/07,
67-68
Berlin School of Mind and Brain (A. Villringer),
2/07, 70-71
NEURON: ein Netzwerk europäischer Forschungsförderer (M. Dorlöchter, H. Lichtenberg) 4/07, 137-139
SFB 779: Neurobiologie motivierten Verhaltens
(T. Münte), 1/08, 178-180
SFB 780: Synaptische Mechanismen neuronaler
Netzfunktionen (Synaptic mechanisms of
neuronal network function) (P. Jonas), 2/08,
212-213
Das Gehirn als Ziel von entzündlichen Prozessen
(F. L. Heppner, F. Zipp), 3/08, 248-250
Streiflicht
Heidi Klum und das Modellsystem in der Biologie
(J. Schmidt), 4/07, 140
Portrait
History is (also) telling stories! (R. Grantyn),
3/08, 244-247
Neurobiologie – die Sachverwalterin einer „zivilen Evolution“? (R. Grantyn), 4/08, 283-286
291
Index 2007-2008
Buchrezensionen
M. Spitzer: Gottgen und Großmutterneuron (besprochen von A. Hoffmann) 1/07, 37
M. Schmidbauer: Der Nerventurm (besprochen
von G. W. Kreutzberg) 1/07, 38
M. Spitzer: Vom Sinn des Lebens – Wege statt
Werke (besprochen von A. Hoffmann) 2/07,
78
K. Kessler, F. Tostdorf, R. Ilg, A. Ruß, S. v. Stuckrad-Barre: Neurobiologie pocket (besprochen
von M. Synowitz) 3/07, 110
J. Schwarz, A. Storch. „Parkinson-Syndrome“ und
M. Gerlach, H. Reichmann. P. Riederer „Die
Parkinson-Krankheit“ (besprochen von C. J.
Möller) 4/07, 145-146
M. Spitzer, W. Bertram (Hrsg.): Braintertainment –
Expeditionen in die Welt von Geist und Gehirn
(besprochen von A. Hoffmann) 1/08, 181-182
O. Speck: Hirnforschung und Erziehung – Eine
pädagogische Auseinandersetzung mit neurobiologischen Erkenntnissen (besprochen von
M. Gruß) 3/08, 253-254
K. J. Grün, M. Friedman, G. Roth (Hg): Entmoralisierung des Rechts – Maßstäbe der Hirnforschung für das Strafrecht (besprochen von G.
W. Kreutzberg) 4/08, 289-290
Autoren
Aigner, Ludwig 1/07, 4-12
Alvarez-Barón, Elena 3/08, 217-223
Amunts, Katrin, 4/07, 112-121
Arias-Carrión, Oscar 3/08, 234-241
Baden, Thomas 4/08, 267-273
Bender, Andreas 3/08, 224-232
Benjamin, Steffen 4/08, 274-279
Blaesse, Peter 1/08, 148-158
Bogdahn, Ulrich 1/07, 4-12
Born, Jan 2/07, 67-68
Brand, Matthias 2/07, 40-46
Brandes, Gudrun 1/07, 22-26
Deller, Thomas 2/07, 66-67
Depboylu, Candan 3/08, 234-241
Dorlöchter, Marlies 4/07, 137-139
Draguhn, Andreas 4/07, 134-136
Eggert, Wolff 4/08, 274-279
Feldmeyer, Dirk, 1/08, 174-175
Fester, Lars 4/07, 127
Flor, Herta, 1/08, 177
Gail, Alexander 1/07, 12-21
Gerber, Bertram 3/07, 80-92
Göbel, Werner 2/08, 184-189
Göpfert, Martin, 4/07, 122-126
Grafe, Peter 3/07, 100-101
Grantyn, Rosemarie 3/08, 244-247, 4/08, 283-286
Grothe, Benedikt 4/08, 286
Gruß, Michael 3/08, 253-254
Hedwig, Berthold 4/08, 267-273
Heinemann, Uta 2/07, 47-54
Helmchen, Fritjof 2/08, 184-189
Hendel, Thomas 3/07, 80-92
Heppner, Frank L. 3/08, 248-250
Hoffmann, Anja 1/07, 37. 2/07, 78. 1/08, 181-182
292
Höglinger, Günter U. 3/08, 234-241
Höltje, Joachim-Volker 2/07, 64-65
Jonas, Peter 2/08, 212-214
Kirchhoff, Frank 3/07, 93-98
Klopstock, Thomas 3/08, 224-232
Koch, Michael 4/08,256-267
Konietzko, Uwe 3/08, 242-243
Kössl, Manfred 1/08, 166-173
Kreft, Gerald 1/07, 31-33
Kretschmer, Beate 2/07, 65-66
Kreutzberg, Georg W. 1/07, 38, 4/08, 289-290
Kübler, Andrea 2/08, 204-210
Leinders-Zufall, Trese 1/08, 159-164
Lichtenberg, Hella 4/07, 137-139
Markowitsch, Hans J. 2/07, 40-46
Martinez-Trujillo, Julio C. 2/07, 55-60
Mayerhofer, Andreas 2/07, 65-66
Mittelstaedt, Tobias 3/08, 217-223
Möckel, Doreen 1/08, 166-173
Möller, Carsten J. 4/07, 145-146
Münte, Thomas 1/08, 178-180
Neuper, Christa 2/08, 204-210
Nitsch, Roger M. 3/08, 242-243
Nothwang, Hans Gerd 1/08, 148-158
Oertel, Wolfgang 3/08, 234-241
Pedarzani, Paola 1/07, 27-30
Prange-Kiel, Janine 4/07, 127-134
Rauschecker, Josef P. 2/08, 211-212
Ries, Vincent 3/08, 234-241
Rune, Gabriele M. 4/07, 127-134
Scheller, Anja 3/07, 93-98
Schmidt, Joachim 4/07, 140
Schneider, Miriam 4/08, 256-267
Schoch, Susanne 3/08, 217-223
Seyfarth, Ernst-August 1/08, 166-173
Stocker, Martin 1/07, 27-30
Strauß, Roland 2/07, 62-63
Synowitz, Michael, 3/07, 110
Trendelenburg, George 2/08, 190-198
Treue, Stefan 2/07, 55-60
Tucker, Kerry L. 4/08, 274-279
Villringer, Arno 2/07, 70-71
Weber, Melanie 1/08, 166-173
Wegener, Nico 4/08, 256-267
Wegener, Stephanie 3/07, 80-92
Wessels, Carina 2/08, 199-204
Wewetzer, Konstantin 1/07, 22-26
Winkler, Jürgen 1/07, 4-12
Winterer, Georg 2/08, 199-204
Womelsdorf, Thilo 2/07, 55-60
Wotjak, Carsten T. 4/08, 279-282
Zerr, Inga 2/07, 47-54
Zilles, Karl, 4/07, 112-121
Zimmermann, Herbert 2/07, 66-67
Zipp, Frauke 3/08, 248-250
Zorovic, Maja 4/08, 267-273
Zufall, Frank 1/08, 159-164
Key words
ADHS 2/08, 199-204
aging 3/08, 224-232
Alzheimer’s dementia 2/07, 47-54
aromatase 4/07, 127-134
auditory system 1/08, 148-158
autobiographical memory 2/07, 40-46
biosensor 3/07, 93-98
brain 4/07, 112-121
brain atlas 4/07, 112-121
brain development 2/08, 199-203
Brain-Computer Interfaces (BCI) 2/08, 204-210
calcium 2/08, 184-189, 4/08, 267-273
cannabis 4/08, 256-267
caspase-1 2/08, 190-198
cation-chloride cotransporter 1/08, 148-158
CAZ 3/08, 217-223
CB1-receptor 4/08, 256-267
cell therapy 3/08, 234-241
cerebral cortex 4/07, 112-121
cerebral ischemia 2/08, 190-198
channel rhodopsin 3/07, 93-98
chloride-regulation 1/08, 148-158
chordotonal organ 4/07, 122-126
CNS repair 1/07, 4-12
cochlear amplifier 4/07, 122-126
cognitive neuroprosthetics 1/07, 12-21
context integration 1/07, 12-21
cortex 2/07, 55-61
CSF 2/07, 47-54
cytoarchitecture 4/07, 112-121
cytokines 1/07, 4-12
danger signal 2/08, 190-198
dementia 2/07, 47-54
Drosophila 3/07, 80-92
electroencephalography 2/08, 204-210
electromotility 1/08, 166-173
endocannabinoid 4/08, 256-267
estrogen 4/07, 127-134
fluorescent proteins 3/07, 93-98
gene therapy 3/08, 234-241
GFP 3/07, 93-98
HAT 4/08, 274-279
HDAC 4/08, 274-279
hearing 4/07, 122-126
hearing organs 1/08, 166-173
hippocampus 4/07, 127-134
histone acetylation 4/08, 274-279
human 4/07, 112-121
imaging 2/08, 184-189, 4/08, 267-273
in vivo 2/08, 184-189
inflammasome 2/08, 190-198
inhibitory synapse 1/08, 148-158
insect antenna 4/07, 122-126
interleukin-1b 2/08, 190-198
larva 3/07, 80-92
learning 3/07, 80-92, 4/08, 274-279
major histocompatibility complex 1/08, 159-164
mechanosensory 4/07, 122-126
memory 4/08, 274-279
memory disorder 2/07, 40-46
mitochondria 3/08, 224-232
mitochondrial diseases 3/08, 224-232
motoneurons 4/08, 267-273
multifunctional protein 1/08, 148-158
network 2/08, 184-189
neural stem cells 1/07, 4-12
neurodegeneration 3/08, 224-232
neurodegenerative diseases 1/07, 4-12
neurofeedback 2/08, 204-210
neurogenesis 1/07, 4-12
neuron 2/08, 184-189
4/08
Index 2007-2008
neuron-glia-interaction 1/07, 22-26
neuroprotection 3/08, 234-241
neurorestoration 3/08, 234-241
nicotine 2/08, 199-203
nicotine dependency 2/08, 199-203
non-linear amplification 1/08, 166-173
OEC 1/07, 22-26
olfaction 3/07, 80-92
olfactory epithelium 1/08, 159-164
olfactory system 1/07, 22-26
otoacoustic emissions 1/08, 166-173
parietal reach region 1/07, 12-21
Parkinson’s disease 3/08, 234-241
phenotype 1/07, 22-26
pheromone 1/08, 159-164
phonotaxis 4/08, 267-273
pregnancy 2/08, 199-203
presynaptic cytomatrix proteins 3/08, 217-223
primates 2/07, 55-61
puberty 4/08, 256-267
reactive steering 4/08, 267-273
receptive field 2/07, 55-61
receptor architecture 4/07, 112-121
regeneration 1/07, 22-26
reversible dementia 2/07, 47-54
saliency 2/07, 55-61
schizophrenia 4/08, 256-267
self 2/07, 40-46
sensorimotor transformation 1/07, 12-21
b-Amyloid 2/07, 47-54
StAR 4/07, 127-134
stress 2/07, 40-46
synaptic plasticity 4/07, 127-134
taste 3/07, 80-92
tau 2/07, 47-54
THC 4/08, 256-267
track ball system 4/08, 267-273
transduction 4/07, 122-126
transgenic mouse 3/07, 93-98
trauma 2/07, 40-46
TRP channel 1/08, 159-164
two-photon 2/08, 184-189
tympanal organ 1/08, 166-173
vesicle docking 3/08, 217-223
vesicle priming 3/08, 217-223
visual perception 2/07, 55-61
vomeronasal organ 1/08, 159-164
WIN 55,212-2 4/08, 256-267
4/08
293
O
NWG-NACHRICHTEN
+BROLTFPPBKP@E>CQIF@EB
$BPBIIP@E>CQ
°°°°°°°
iÌÀÌÌÃiÀBÀÕ}\
iÀÌÊiÀBÀiÊVÊiiÊiÌÀÌÌÊâÕÀÊ iÕÀÜÃÃiÃV>vÌViÊiÃiÃV>vÌÊi°6°
ÌÀ>}ÊÊ`>ÃÊÌ}iìÀÛiÀâiVÃ\
>iÊ
Ê
Ê
6À>iÊ
Ê
Ê
iÕÀÜÃÃiÃV>vÌViÊ
iÃiÃV>vÌÊi°6°
VÊ«ÌiÀiÊvØÀÊv}iìÊÓÊ-iÌi\
LÌÌiÊ>ÀiÕâi®
6iÀ>ÌiÃiÕÀÜÃÃiÃV>vÌi
<iÕBÀiÊ iÕÀL}i
ÌÜVÕ}ÃiÕÀL}iÊÕ`
iÕÀ}iiÌ
iÕÀ«>À>}iÊÕ`ÊÌÝ}i
-ÞÃÌiiÕÀL}i
iÕ>ÀiÊ iÕÀL}i
ÃViÊ iÕÀÜÃÃiÃV>vÌi
«ÕÌ>Ì>Ê iÕÀÃViVi
}ÌÛiÊ iÕÀÜÃÃiÃV>vÌi
/Ìi
iÃÌ>`ÀiÃÃi
VÊLÊ-ÌÕìÌÊ
iÃVi}Õ}Ê>Li®
>Ê
i
1ÛiÀÃÌBÌÉÃÌÌÕÌÉÀ>
>ÀiÃLiÌÀ>}\
LÌÌiÊ>ÀiÕâi®
-ÌÀ>~i
*<]Ê"ÀÌ
/i°É>ÝÉi>
*ÀÛ>Ì>`ÀiÃÃi
-ÌÀ>~i
xä]qÊÉ>ÀÊ ÀìÌViÃÊÌ}i`
Óx]qÊÉ>ÀÊ -ÌÕìÌi]ÊÌ}iìÀÊÊ
,ÕiÃÌ>`]ÊÀLiÌÃÃi
4LiÀÜiÃÕ}\
>ÛiÀL`Õ}\ÊiÀiÀÊ>Ê]Ê
â\Ê£ääÊÓääÊää]ÊÌ° À°\Ên£äÊxäxÊ£nää
âÕ}ÊØLiÀÊ6-Ài`Ì>ÀÌi\
âÕ}ÊØLiÀÊ1,"V>À`\
>ÀÌiÕiÀ
Ý«°>Ìi
*<]Ê"ÀÌ
iÌÀ>}
/i°É>Ý
>i
1ÌiÀÃVÀvÌÊ
Ê>ÌÕÉ1ÌiÀÃVÀvÌÊìÃÊiÕiÊÌ}i`Ã
ÊVÊÕÌiÀÃÌØÌâiÊìÊÌÀ>}Ê>ÕvÊiÌÀÌÌÊâÕÀÊ iÕÀÜÃÃiÃV>vÌViÊiÃiÃV>vÌÊi°6°\
<1-,
/1 VÊiÀBVÌ}iÊìÊ iÕÀÜÃÃiÃV>vÌViÊ
iÃiÃV>vÌÊi°6°ÊÛÊii
>ÌÕÉ1ÌiÀÃVÀvÌÊ
ÌÊ À°
ÊVÊÕÌiÀÃÌØÌâiÊìÊÌÀ>}Ê>ÕvÊiÌÀÌÌÊâÕÀÊ iÕÀÜÃÃiÃV>vÌViÊiÃiÃV>vÌÊi°6°\
LiÊìÀÊ>
<
>ÌÕÉ1ÌiÀÃVÀvÌÊ
i>ÊBÀVÊìÊÌ}i`ÃLiÌÀ>}ÊÊiÊ
ÛÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊÊiâÕâii
"ÀÌ]Ê>ÌÕ
iÕÀÜÃÃiÃV>vÌViÊiÃiÃV>vÌÊi°6°
iÊiÝ>`À>ÊLÃ
>ÝiLÀØV
iÌÀÕÊvØÀÊiÕ>ÀiÊi`â
<iÕBÀiÊ iÕÀÜÃÃiÃV>vÌi
,LiÀÌ,ÃÃi-ÌÀ>~iÊ£ä
£ÎäÓÊiÀ
294
1ÌiÀÃVÀvÌ
Ì>LiÀ
ÃVÀvÌ
4/08
Der perfekte Einstieg in die
Neurowissenschaften
Neu!
�
Ausgewogene Einführung in die
Neurowissenschaften für Biologen,
Mediziner und Psychologen
�
Jetzt erschienen:
Von den Grundlagen zu den
aktuellen Forschungsthemen
�
www.spektrum-verlag.de
Ideal zum Verstehen und Lernen mit
zahlreichen didaktischen Elementen
In den USA zählt diese didaktisch durchdachte, verständlich
geschriebene und hervorragend illustrierte Einführung seit
Jahren zu den führenden Lehrbüchern im Bereich der Neurowissenschaften. Mit der Übersetzung liegt nun auch im deutschen Sprachraum ein modernes Grundlagenwerk zur Hirnforschung vor, das sich an Studierende der Biologie, der Medizin
und der Psychologie gleichermaßen richtet. Der Bogen spannt
sich von der Anatomie des Gehirns bis zur Sinnesphysiologie,
von der Entwicklungsbiologie bis zum Verhalten, von den
Störungen des Nervenystems bis zur Kognitionswissenschaft,
von den molekularen Mechanismen bis zu den neuen bildgebenden Verfahren.
Ein eigenständiger illustrierter „Führer zur menschlichen
Neuranatomie“ erlaubt dem Lernenden, sein Wissen der Hirnstrukturen zu überprüfen und zu erweitern. Jedes Kapitel endet
mit Verständnisfragen und Übungsaufgaben. In spannenden
Exkursen berichten führende Wissenschaftler, wie sie zu ihren
wichtigen Entdeckungen kamen.
Mark F. Bear / Barry W. Connors / Michael A. Paradiso
Neurowissenschaften
Bild-DVD, Bear et al.,
Neurowissenschaften, 3. Aufl.
Diese DVD enthält die ungefähr 700 Abbildungen des Buches im JPEG- und PDFFormat sowie als Power-Point-Folien. Sie
können so leicht in Präsentationen eingebaut oder in unterschiedlicher Größe mit
oder ohne Legende ausgedruckt werden.
Ein grundlegendes Lehrbuch für Biologie,
Medizin und Psychologie
Deutsche Ausgabe herausgegeben
von Andreas K. Engel
3. Aufl. 2008, 980 S., 700 Abb., geb.
u (D) 89,95 / u (A) 92,48 / CHF 140,–
ISBN 978-3-8274-2028-2
3. Aufl. 2008, DVD
u (D) 25,- / u (A) 25,21 / CHF 37,ISBN 978-3-8274-2075-6
Erscheint: Dezember 2008
Bequem bestellen:
direkt bei www.spektrum-verlag.de
per E-Mail: [email protected]
telefonisch: + 49 6221 345-0
per Fax: + 49 6221 345-4229
per Post: Springer Verlag Heidelberg
Kundenservice Bücher • Haberstrasse 7 • D- 69126 Heidelberg
Alle Preise zzgl. Versandkosten (D: u 3,50 / A: u 3,90 / CH: SFR 6,20, jeweils pro Lieferung). Sämtliche Preise inkl. Mehrwertsteuer. Preise unter Vorbehalt.
Der u (A)-Preis ist uns vom dortigen Importeur als Mindestpreis genannt worden. Der CHF-Preis ist eine unverbindliche Preisempfehlung.
Neu!
Sophisticated
Neuroscience – Phenotyping – Drug Screening
Life Science Research
Instrumentation
SYSTEMS
In-Vivo
Phenotyping
State-of-the-art behavioral and
physiological animal research
systems for a wide variety of
scientific investigations
Q Learning & Memory
Q LabMaster – Integrated
Modular Monitoring System
Q Anxiety & Depression
Q Conditioning
New
Q Active & Passive Avoidance
Q Startle Response / PPI
Q Drug Addiction
Q Activity & Motor Function
Q Metabolism
Q Fear Conditioning System
Q MultiConditioning System
New
Q PhenoMaster – Fully Automated
High Throughput Multi-Dimensional
Phenotyping System
Q Startle Response / PPI System
TSE Systems GmbH
a member of the TSE Systems International Group
USA Toll Free: Phone 1-866-466-8873 • Fax 1-866-467-8873, Germany: Phone +49-(0)6172-789-0 • Fax +49-(0)6172-789-500
296
[email protected] • www.TSE-Systems.com
4/08

Neuroforum 4/08 - Neurowissenschaftliche Gesellschaft

Transcription

Similar documents

Insekten beobachten, analysieren und schlussfolgern

Chronischer Alkoholkonsum als prädisponierender Faktor für

Pilze in der Waldpädagogik - Bayerisches Staatsministerium für

Clinical aspects of chronc pain management

Ausgabe 2009/02 - Verband Angestellter Apotheker Österreichs

Page as PDF - Max-Planck

Lotterien und Sportwetten

Auswirkungen der Käfigposition auf angstähnliches Verhalten von

Forschungsbercht als PDF - Kerckhoff

Auswirkungen der Käfigposition auf angstähnliches Verhalten von

Neuroforum 2/08 - Neurowissenschaftliche Gesellschaft